Mantenimiento y Montaje de Equipos Informáticos/Tema 3/Texto completo

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TEMA 3


Índice del Tema 3
11:15 8 jul 2019


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

Introducción[editar]

En el tema 3, conocerás y entenderás los diferentes tipos de almacenamiento definitivo de información, sus ventajas e inconvenientes. Es importante:

  • Entender cómo se magnetiza la información.
  • Saber los componentes y funciones de los discos duros.
  • Distinguir entre la estructura lógica y física de los discos duros.
  • Entender el funcionamiento de los CD, DVD y similares.
  • Distinguir los diferentes tipos de memorias sólidas y sus funciones.
  • Entender los diagramas del tema.

Vocabulario[editar]

  • Acceso aleatorio es el acceso a un dato directamente, sin un coste extra por posición. Por analogía, sería como elegir una manzana de un cajón.
  • Acceso secuencial significa que un grupo de elementos es accedido en un predeterminado orden secuencial, uno detrás de otro. Por analogía, sería como avanzar una película para buscar un fotograma determinado de ella.
  • Buffer es una ubicación de la memoria en un disco, reservada para el almacenamiento temporal de información digital, mientras que espera ser procesada.
  • Cifrar es hacer ininteligibles a intrusos (lectores no autorizados) los mensajes o ficheros. Hay cierta confusión con «encriptar» pero esta palabra es un anglicismo, es completamente preferible el uso de «cifrar».
  • Policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear, y son utilizados ampliamente en la fabricación de CD y DVD.
  • Pulgada = 2.54 cm
  • RPM son las Revoluciones Por Minuto, es una unidad de frecuencia.
  • Desfragmentación es el proceso mediante el cual se acomodan los archivos de un disco de tal manera que cada uno quede en un área continua y no queden espacios sin usar entre ellos. Solo se utiliza en Windows.

Almacenamiento magnético[editar]

Almacenamiento magnético es una técnica que consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales capaces de reaccionar frente a esta influencia y orientarse en unas determinadas posiciones manteniéndolas hasta después de dejar de aplicar el campo magnético. Ejemplo: disco duro, cinta magnética.

Disco Duro Magnético[editar]

Vídeo de funcionamiento interno de un disco
Disco duro sin desmontar

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

Tecnología[editar]

Perpendicular-es.png
Vista de un peine con 3 brazos, si se amplía se pueden observar las 6 cabezas (dos por brazo)

La grabación perpendicular permite mayores densidades de almacenamiento alineando los polos de los elementos magnéticos (que representan bits de información), perpendicularmente a la superficie del disco de grabación, como se muestra en el dibujo. Alinear los bits de esta forma ocupa menos espacio del necesario que si se hace longitudinalmente, por lo que pueden ser agrupados, incrementando el número de elementos magnéticos que pueden ser almacenados en una área dada.

El principal reto a la hora de diseñar medios de almacenamiento magnéticos es mantener la magnetización del medio (que es como se almacena la información) a pesar de las fluctuaciones térmicas. Si la energía térmica disponible es demasiado alta en un punto determinado, habrá energía suficiente para eliminar esta magnetización, con lo que la información almacenada en dicho punto se perderá. Ya que la energía necesaria para eliminar la magnetización de una determinada región magnética es proporcional al tamaño de dicha región (cuanto mayor sea más estable y por tanto más inmune a la temperatura), hay un tamaño mínimo para estas regiones magnéticas a una determinada temperatura. Si el tamaño cae por debajo de este mínimo, la región podría ser desmagnetizada en cualquier momento por esta energía térmica disponible. La grabación perpendicular mantiene el mismo tamaño de región que en el estándar pero organiza las regiones magnéticas de una forma más eficiente.

Generalmente, los discos duros deben trabajar desde los 37 oC hasta los 46 oC; a temperaturas fuera de este rango, se va degradando el disco; hasta los 20oC o a partir de 60 oC la información se pierde (habría que consultarlo en la ficha técnica del fabricante del disco). Para un uso intensivo del disco (clonaciones, usos empresariales, copias de seguridad, etc) se debería refrigerar según un estudio en Google

Otras consideraciones a tener en cuenta para su durabilidad es el nivelado del disco y evitar las vibraciones.

Estructura física[editar]

Componentes de un disco duro. De izquierda a derecha, fila superior: tapa, carcasa, plato, eje; fila inferior: espuma aislante, circuito impreso, cabezal de lectura / escritura, actuador e imán, tornillos.
un peine, 3 brazos, 6 cabezas, 3 platos

Dentro de un disco duro hay uno o varios discos (de aluminio o cristal) concéntricos llamados platos (normalmente entre 2 y 4), y que giran todos a la vez sobre el mismo eje, al que están unidos. El peine está formado por un conjunto de brazos paralelos a los platos, alineados verticalmente ( en forma de peine) y que también se desplazan de forma simultánea, en cuya punta están las cabezas de lectura/escritura. Por norma general, hay una cabeza de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales se mueven hacia el interior o el exterior de los platos, lo cual combinado con la rotación de los mismos permite que los cabezales puedan alcanzar cualquier posición de la superficie de los platos.

Cilindro, Cabeza y Sector GEOMÉTRICO
(A) Pista (color rojo), (B) Sector GEOMÉTRICO (color azul) , (C) Sector (color morado), (D) Clúster

Es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. Si observas el dibujo Cilindro-Cabeza-Sector de la izquierda, a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. Cada brazo tiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros), debido a una finísima película de aire generada por el plato al girar. Si alguna de las cabezas llega a tocar una superficie de un plato, causaría muchos daños en él, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos (uno de 7.200 revoluciones por minuto se mueve a 129 km/h).

Vídeos del funcionamiento de un disco magnético:
Por dentro
Fabricación
Ejemplo

Direccionamiento[editar]

Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:

  • Plato: cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.
  • Cara: cada uno de los dos lados de un plato.
  • Cabeza: número de cabezales.
  • Pistas: una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.
  • Cilindro: conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara).
  • Sector: cada una de las divisiones de una pista. Todos tienen el mismo tamaño. El tamaño estándar actual 4096 bytes.
  • Clúster: es un conjunto contiguo de sectores de un disco.
  • Sector geométrico: es un conjunto de sectores de pistas continuas (si el plato fuera una pizza, el sector geométrico sería una porción)

El LBA (direccionamiento lógico de bloques) consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este direccionamiento es el que actualmente se usa.

Problemas típicos[editar]

  • Calcule la capacidad total (tamaño) de un disco duro con las siguientes características: 16 cabezas, 1000 cilindros, 128 sectores/pista y 4000 bytes/sector.
Si tiene 16 cabezas, tiene 16 caras (8 platos), cada cara tiene 1000 pistas (que conforman los 1000 cilindros), por tanto:
número de pistas totales en todo el disco duro (16 caras).
Cada pista contiene 128 sectores, por tanto:
total de sectores en el disco duro
Cada sector contiene 4000 bytes, por tanto,
total de bytes en el disco duro

Características[editar]

Con la tecnología NCQ se accede a los sectores con un menor número de rotaciones, y por tanto, se obtiene un menor tiempo de latencia medio

Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son:

  • Tiempo medio de búsqueda (milisegundos): Tiempo medio que tarda la cabeza en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la cabeza en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco.

  • Velocidad de rotación (RPM): Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media.
  • Latencia media (milisegundos): Tiempo medio que tarda la cabeza en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco.
  • Tiempo medio de acceso(milisegundos): es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista) + la Latencia media (situarse en el sector).
  • Tasa de transferencia (MB/s): Velocidad a la que el disco puede transferir la información a la computadora una vez que el cabezal está situado en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico (a través del buffer). Tipos:
    • Tasa de transferencia de lectura, en este caso se trata de la velocidad a la que transfiere un fichero desde el disco magnético a cualquier programa. Por ejemplo: ver una película alojada en un disco magnético.
    • Tasa de transferencia de escritura, en este caso se trata de la velocidad a la que transfiere un fichero desde cualquier programa al disco magnético. En este caso, suele ser más baja puesto que después de escribir los datos, se suelen comprobar si están bien escritos. Por ejemplo: al guardar datos desde el Writer u otro programa al disco magnético.
  • Tiempo de lectura/escritura: Tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información. Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir.
  • Buffer: Es una memoria de tipo electrónico dentro del disco duro que almacena los datos recién leídos y/o escritos, reduce el uso del disco y las lecturas o escrituras repetitivas de datos y favorece la rapidez de acceso a los datos. Se puede aplicar la tecnología NCQ que permite a la unidad determinar el orden óptimo en que se debe recuperar las solicitudes pendientes. Esto puede, como en la imagen, permitir que la unidad cumpla con todas las solicitudes en un menor número de rotaciones y por lo tanto en menos tiempo.
  • Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la computadora. Según la interfaz y su versión, puede variar mucho la tasa de transferencia máxima del interfaz. Puede ser IDE/ATA, SCSI, SATA, USB, Firewire, Serial Attached SCSI.

LA TASA MÁXIMA DE TRANSFERENCIA SOSTENIDA SE SUELE CONFUNDIR CON LA TASA MÁXIMA DE TRANSFERENCIA DE LA INTERFAZ (solo la electrónica del disco) muchos comerciantes incluyen esta tasa (del interfaz) en lugar de la la tasa de transferencia sostenida del disco (la real).

Problemas típicos[editar]

Se utiliza el Sistema Internacional de Unidades (o SI) pues es usado en las especificaciones de las fichas técnicas de discos de almacenamiento.

  • Cambio de unidades
Tenemos una interface de disco a 6Gb/s. ¿Cuántos MB/s serán?
Como 1 byte = 8 bits, entonces 1 gigabit(Gb) es 1 gigabyte(GB) / 8; resultando 6Gb/s = 0.75GB/s.
Con regla de tres:
De bits a Bytes
Como 1000MB = 1GB, entonces 0.75 GigaBytes(GB) es 0.75 * 1000 MegaBytes (MB); resultando 6Gb/s = 750 MB/s
De GB a MB


  • Tasas de transferencia y tamaños de ficheros
Tenemos un fichero de 1 GB en la memoria RAM y el disco tiene una tasa de transferencia sostenida de 100 MB/s de escritura en disco, 150 MB/s de lectura en disco y una tasa de transferencia de la interfaz de 2GB/s . ¿Cuánto tiempo tardará en guardarlo (transferirlo) en el disco?
Como 1000MB = 1GB, el fichero tendrá un tamaño de 1 * 1000 = 1000MB
Por tanto solo nos queda saber el tiempo, velocidad transferencia = tamaño fichero / tiempo; por tanto, 100 = 1000 / tiempo; despejando vemos que tiempo = 1000 / 100 = 10 segundos(s)
Con regla de tres:


Tenemos un fichero de 1 GB en el disco que queremos volcar en la memoria RAM, tiene una tasa de transferencia sostenida de 100 MB/s de escritura en disco, 150 MB/s de lectura en disco y una tasa de transferencia de la interfaz de 2GB/s . ¿Cuánto tiempo tardará en transferirlo a la memoria RAM del computador?
Como 1000MB = 1GB, el fichero tendrá un tamaño de 1 * 1000 = 1000MB
Por tanto solo nos queda saber el tiempo, velocidad transferencia = tamaño fichero / tiempo; por tanto, 150 = 1000/tiempo; despejando vemos que tiempo = 1000/150 = 6.66 segundos(s)
Con regla de tres:
  • Cambio de unidades
Tenemos un disco que gira a 22500 revoluciones en 180 segundos. ¿Cuál es su velocidad de rotación en RPM?
  • Cálculo de latencia media
Tenemos disco que gira a 7500RPM. ¿Cuál es su latencia media?
Primero: calculamos el tiempo que tardará una vuelta:
Segundo: calculamos la latencia media:
  • Cálculo del tiempo de búsqueda medio
Tenemos disco cuya cabeza tarda 0.002 segundos en ir de la pista más alejada a la más cercana al eje. ¿Cuál es su tiempo medio de búsqueda?
Calculamos el tiempo que tardará una vuelta:
  • Cálculo del Tiempo de Acceso
De los problemas anteriores, extrae el tiempo medio de acceso si fuera el mismo disco
Simplemente se suman los tiempos medios:
Tiempo Medio Acceso = Latencia Media + Tiempo Medio Búsqueda
Tiempo Medio Acceso = 0.004 + 0.001 s = 0.005 s = 5 ms;


  • Cálculo del Tiempo Total de la transferencia
De los problemas anteriores, extrae el total de la transferencia del archivo
Simplemente se suman los tiempos medios:
Tiempo Transferencia Total = Tiempo Transferencia Fichero + Latencia Media + Tiempo Medio Búsqueda = 10 + 0.004 + 0.001 s = 10.005 s;

Factores de Forma más usados[editar]

El "factor de forma" de los discos duros, heredó sus dimensiones de las disqueteras (existen dos tipos). Pueden ser montados en los mismos chasis.

  • 3,5 pulgadas es el más usado para las cajas de computadores tipo y servidores actuales.
  • 2,5 pulgadas es frecuentemente usado por los discos duros de los portátiles. Hay que tener cuidado con la altura de los discos pues en algunos portátiles no caben. Se recomendaría leer en el libro de instrucciones las dimensiones exactas que soporta el portátil o quitar el disco instalado y medir su altura.

Web comparativa de rendimientos de discos duros magnéticos[editar]

En la web Pass Mark, podemos ver los rendimientos de los discos duros magnéticos de distinto factor de forma. 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.

Fabricantes de discos duros[editar]

  • Western Digital que compró la división de almacenamiento de Hitachi (2012) y Samsung (2011), HGST (2015), Seagate, Quantum Corp., Maxtor.
  • Toshiba que compró la división de almacenamiento de Fujitsu.

Almacenamiento óptico[editar]

El almacenamiento óptico se trata de aquellos dispositivos que son capaces de guardar datos por medio de un rayo láser en su superficie plástica, ya que se almacenan por medio de ranuras microscópicas quemadas. La información queda grabada en la superficie de manera física, por lo que solo el calor (puede producir deformaciones en la superficie del disco) y las ralladuras pueden producir la pérdida de los datos, en cambio es inmune a los campos magnéticos y la humedad.


Sistema de archivos[editar]

Los soportes ópticos siguen el sistema de archivos UDF (universal disk format o formato de disco universal) y Joliet. Se adoptó este sistema de archivos para reemplazar al estándar ISO 9660, y su principal uso es la grabación o regrabación de discos.

Sistema de lectura/escritura[editar]

La lectura de un soporte óptico consiste en la conversión de los lands y pits a una información digital (ceros y unos). El elemento fundamental para la lectura de un soporte óptico es un láser de baja potencia, que emite radiación y que se enfoca hacia la parte inferior del CD. La luz atraviesa la capa de policarbonato e incide sobre la capa de aluminio. Si el haz incide sobre un hueco (pit), el porcentaje de luz reflejada es muy pequeño. Por el contrario, si el haz incide sobre una zona plana (land), un gran porcentaje de luz es reflejada. La radiación luminosa reflejada se dirige hacia un fotodetector que, en función de la intensidad de la luz recibida, puede detectar fácilmente si se ha enfocado un land o un pit.

Un soporte óptico no contiene pistas concéntricas, como ocurría en los discos magnéticos. En cambio, el soporte óptico presenta una sola pista, que se dispone en forma de espiral, cubriendo toda el área de datos. La espiral comienza en la parte interior del disco, justo después del área interior. Esto se hace así para permitir recortar el radio del soporte óptico y poder obtener versiones más pequeñas.

Vídeo de funcionamiento muy didáctico

Unidad de DVD[editar]

El DVD es un disco de almacenamiento de datos cuyo estándar surgió en 1995. Sus siglas corresponden con Digital Versatile Disc en inglés («disco versátil digital» traducido al español). En sus inicios, la v intermedia hacía referencia a video (digital videodisk), debido a su desarrollo como reemplazo del formato VHS para la distribución de vídeo a los hogares.

Unidad de DVD: el nombre de este dispositivo hace referencia a la multitud de maneras en las que se almacenan los datos: DVD-ROM (dispositivo de lectura únicamente), DVD-R y DVD+R (solo pueden escribirse una vez), DVD-RW y DVD+RW (permiten grabar y luego borrar). También difieren en la capacidad de almacenamiento de cada uno de los tipos.

Los DVD se dividen en dos categorías: los de capa simple y los de doble capa. Además el disco puede tener una o dos caras, y una o dos capas de datos por cada cara; el número de caras y capas determina la capacidad del disco. Los formatos de dos caras apenas se utilizan fuera del ámbito de DVD-Video.

Los DVD de capa simple pueden guardar hasta 4,7 gigabytes (se lo conoce como DVD-5). Emplea un láser de lectura con una longitud de onda de 650 nm (en el caso de los CD, es de 780 nm) y una apertura numérica de 0,6 (frente a los 0,45 del CD), la resolución de lectura se incrementa en un factor de 1,65. Esto es aplicable en dos dimensiones.

Tipos de DVD[editar]

comparativa de surcos en CD DVD HDDVD BD

Los DVD se pueden clasificar:

  • Según su contenido:
    • DVD-Video: películas (vídeo y audio).
    • DVD-Audio: audio de alta fidelidad. Por ejemplo: 24 bits por muestra, una velocidad de muestreo de 48 000 Hz y un rango dinámico de 144 dB.[cita requerida]
    • DVD-Data: todo tipo de datos.
  • Según su capacidad de regrabado (La mayoría de las grabadoras de DVD nuevas pueden grabar en ambos formatos y llevan ambos logotipos, «+RW» y «DVD-R/RW»):
    • DVD-ROM: solo lectura, manufacturado con prensa.
    • DVD-R y DVD+R: grabable una sola vez. La diferencia entre los tipos +R y -R radica en la forma de grabación y de codificación de la información. En los +R los agujeros son 1 lógicos mientras que en los –R los agujeros son 0 lógicos.
    • DVD-RW y DVD+RW: regrabable.
      • DVD-RAM: regrabable de acceso aleatorio. Lleva a cabo una comprobación de la integridad de los datos siempre activa tras completar la escritura.
      • DVD+R DL: grabable una sola vez de doble capa.
  • El DVD-ROM almacena desde 4,7 GB hasta 17 GB. Según su número de capas o caras:
    • DVD-5: una cara, capa simple; 4,7 GB o 4,38 GiB. Discos DVD±R/RW.
    • DVD-9: una cara, capa doble; 8,5 GB o 7,92 GiB. Discos DVD+R DL. La grabación de doble capa permite a los discos DVD-R y los DVD+RW almacenar significativamente más datos, hasta 8,5 GB por disco, comparado con los 4,7 GB que permiten los discos de una capa. Su precio es comparable con las unidades de una capa, aunque el medio continúa siendo considerablemente más caro.
    • DVD-10: dos caras, capa simple en ambas; 9,4 GB o 8,75 GiB. Discos DVD±R/RW.
    • DVD-18: dos caras, capa doble en ambas; 17,1 GB o 15,9 GiB. Discos DVD+R.

Características[editar]

Velocidad de transferencia Mbit/s MB/s MiB/s
1x 10,80 1,35 1,29
2x 21,60 2,70 2,57
2,4x 25,92 3,24 3,09
2,6x 28,08 3,51 3,35
4x 43'20 5,40 5,15
6x 64,80 8,10 7,72
8x 86,40 10,80 10,30
10x 108,00 13,50 12,87
12x 129'60 16'20 15,45
16x 172'80 21'60 20,60
18x 194,40 24,30 23,17
20x 216,00 27,00 25,75
22x 237,60 29,70 28,32
24x 259,20 32,40 30,90

Blu-ray disc, también conocido como Blu-ray o BD[editar]

El Blu-ray es un formato de disco óptico de nueva generación, empleado para vídeo de alta definición y con una capacidad de almacenamiento de datos de alta densidad mayor que la del DVD.

El disco Blu-ray tiene 12 cm de diámetro al igual que el CD y el DVD. Guardaba 25 GB por capa, por lo que Sony y Panasonic desarrollaron un nuevo índice de evaluación (i-MLSE) que permitiría ampliar un 33% la cantidad de datos almacenados, desde 25 a 33,4 GB por capa.

Funcionamiento[editar]

El disco Blu-ray hace uso de un rayo láser de color azul con una longitud de onda de 405 nanómetros, a diferencia del láser rojo utilizado en lectores de DVD, que tiene una longitud de onda de 650 nanómetros. Esto, junto con otros avances tecnológicos, permite almacenar sustancialmente más información que el DVD en un disco de las mismas dimensiones y aspecto externo. Blu-ray obtiene su nombre del color azul del rayo láser (blue ray significa ‘rayo azul’). La letra e de la palabra original blue fue eliminada debido a que, en algunos países, no se puede registrar para un nombre comercial una palabra común.

Vídeo de fabricación de un Blue-ray y DVD HD

Almacenamiento electrónico[editar]

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.

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. 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)

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.

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.

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.

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 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:[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]

Actividades[editar]

1.- Describe brevemente cómo funcionan, la capacidad y los precios de los formatos de cinta DDS4 y DAT 320.

2.- Investiga en la red qué tipos de formatos CD son los siguientes: CD-i, CDROM-XA, Photo CD, CD Extra, Video CD y Super Video CD.

3.- Investiga si es posible instalar un sistema operativo en una partición lógica. ¿Qué sistemas operativos permiten esto?

4.- En una máquina virtual, utiliza un disco vacío de 6GB y crea 6 particiones, aprovechando al máximo las particiones primarias. Para ello utiliza Parted Magic, gParted u otra herramienta similar.

5.- Tenemos un disco que da 27.000 vueltas cada 5 minutos y tarda en ir de la pista más cercana al eje de la más alejada y volver 6 milisegundos. Se pide: RPM del disco, Latencia media, Tiempo medio de búsqueda, Tiempo medio de acceso.

6.- Un disco tiene las siguientes características:

  • Descripción técnica Caviar Blue, 500GB
  • Capacidad de disco duro:500 GB
  • Velocidad de rotación del disco duro 7200 RPM
  • Interfaz del disco duro:Serial ATA
  • Memoria temporal:16 MB
  • Transmisión de datos:
    • Velocidad de transferencia de datos: 6 Gbit/s
    • Unidad de dispositivo, velocidad de transferencia lectura: 126 MB/s
    • Unidad de dispositivo, velocidad de transferencia escritura: 115 MB/s

¿Cuánto tiempo tardará en transferir 1,3 Gigabytes del disco a la memoria?

7.- Un disco Western Digital tiene las siguientes especificaciones:

  • Rotational Speed: 7200 RPM
  • Buffer Size: 16 MB
  • Average Latency: 4,20 ms (nominal)
  • Contact Start/Stop Cycle: 50.000 minimum
  • Seek Time:
    • Read Seek Time: 8,9 ms
    • Write Seek Time: 10,9 ms (average)
    • Track-to-track Seek Time: 2,0 ms (average)
    • Full Stroke Seek: 21,0 ms (average)
  • Transfer Rates
    • Buffer to Host (Serial ATA): 300 MB/s (Max)
    • Buffer to Disk : 748 Mbits/s (Max)
  • Reccomended Configuration Parameters
    • Number of Heads (Physical): 6
  • Physical Specifications
    • Formated Capacity: 250.059 MB
    • Capacity: 250 GB
    • Interface (tipo de interfaz). SATA 300 MB/s
    • Numbers of Platters: 3
    • Bytes per Sector: 512
    • User Sectors Per Drive: 488.397.168

Explica brevemente cada uno de estos parámetros.

8.- ¿Qué es un dispositivo de almacenamiento magneto-óptico?, ¿cómo se realiza la lectura y escritura en estos dispositivos?, ¿qué tamaños y capacidades tienen los cartuchos o discos magneto-ópticos?

9.- ¿Qué es un head crash en un disco duro?

10.- ¿Qué es una avería por descompensación térmica en un disco?

11.- Elige, justifica y compara de un disco duro para una empresa dedicada a reproducir (como una sala de cine), no importa el precio ni la capacidad del disco, interesa las características del disco (transferencia lectura, temperaturas de trabajo) y en PassMark Software encontrarás estadísticas (Chart) para poder elegir.

12.- Elige, justifica y compara de un disco duro para un alumno que necesita cambiar su disco duro de su PC de escritorio, no importa el precio ni la capacidad del disco, interesa las características del disco y en UserBenchmark encontrarás estadísticas (Chart) para poder elegir.

13.- Compara de un disco duro con un SSD: precio, capacidades máximas, tiempo de acceso, tasas de escritura y lectura.

  1. SD Bus Speed. SD Association.
  2. Plantilla:Cite web