Controladoras

La interface es la conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema. Define la forma en que las señales pasan entre el bus del sistema y el disco duro. En el caso del disco, se denomina controladora o tarjeta controladora, y se encarga no sólo de transmitir y transformar la información que parte de y llega al disco, sino también de seleccionar la unidad a la que se quiere acceder, del formato, y de todas las órdenes de bajo nivel en general. La controladora a veces se encuentra dentro de la placa madre.

Se encuentran gobernados por una controladora y un determinado interface que puede ser:

· ST506: Es un interface a nivel de dispositivo; el primer interface utilizado en los PC’s. Proporciona un valor máximo de transferencia de datos de menos de 1 Mbyte por segundo. Actualmente está desfasado y ya no hay modelos de disco duro con este tipo de interface.

· ESDI: Es un interface a nivel de dispositivo diseñado como un sucesor del ST506 pero con un valor más alto de transferencia de datos (entre 1,25 y 2.5 Mbytes por segundo).Ya ha dejado de utilizarse este interface y es difícil de encontrar.

· IDE: Es un interface a nivel de sistema que cumple la norma ANSI de acoplamiento a los AT y que usa una variación sobre el bus de expansión del AT (por eso también llamados discos tipo AT) para conectar una unidad de disco a la CPU, con un valor máximo de transferencia de 4 Mbytes por segundo. En principio, IDE era un término genérico para cualquier interface a nivel de sistema. La especificación inicial de este interface está mal definida. Es más rápida que los antiguos interfaces ST506 y ESDI pero con la desaparición de los ATs este interface desaparecerá para dejar paso al SCSI y el SCSI-2.

Íntimamente relacionado con el IDE, tenemos lo que se conoce como ATA, concepto que define un conjunto de normas que deben cumplir los dispositivos. Años atrás la compañía Western Digital introdujo el standard E-IDE (Enhanced IDE), que mejoraba la tecnología superando el límite de acceso a particiones mayores de 528 Mb y se definió ATAPI, normas para la implementación de lectores de CD-ROM y unidades de cinta con interfaz IDE. E-IDE se basa en el conjunto de especificaciones ATA-2. Como contrapartida comercial a E-IDE, la empresa Seagate presento el sistema FAST-ATA-2, basado principalmente en las normas ATA-2. En cualquier caso a los discos que sean o bien E-IDE o FAST-ATA, se les sigue aplicando la denominación IDE como referencia. Para romper la barrera de los 528 Mb las nuevas unidades IDE proponen varias soluciones:

* El CHS es una traducción entre los parámetros que la BIOS contiene de cilindros, cabezas y sectores (ligeramente incongruentes) y los incluidos en el software de sólo lectura (Firmware) que incorpora la unidad de disco.

* El LBA (dirección lógica de bloque), estriba en traducir la información CHS en una dirección de 28 bits manejables por el sistema operativo, para el controlador de dispositivo y para la interfaz de la unidad.

Debido a la dificultad que entraña la implementación de la compatibilidad LBA en BIOS, muchos de los ordenadores personales de fabricación más reciente continúan ofreciendo únicamente compatibilidad con CHS. El techo de la capacidad que permite las solución CHS se sitúa en los 8,4 Gb., que por el momento parecen suficientes.

· SCSI: Es un interface a nivel de sistema, diseñado para aplicaciones de propósito general, que permite que se conecten hasta siete dispositivos a un único controlador. Usa una conexión paralela de 8 bits que consigue un valor máximo de transferencia de 5 Mbytes por segundo. Actualmente se puede oír hablar también de SCSI-2 que no es más que una versión actualizada y mejorada de este interface. Es el interface con más futuro, si bien tiene problemas de compatibilidad entre las diferentes opciones de controladoras, discos duros, impresoras, unidades de CD-ROM y demás dispositivos que usan este interface debido a la falta de un estándar verdaderamente sólido.

Las mejoras del SCSI-2 sobre el SCSI tradicional son el aumento de la velocidad a través del bus, desde 5 MHz a 10 MHz, duplicando de esta forma el caudal de datos. Además se aumenta el ancho del bus de 8 a 16 bits, doblando también el flujo de datos. Actualmente se ha logrado el ancho de 32 bits, consiguiendo velocidades teóricas de hasta 40 Mbytes / seg.

Los interfaces IDE y SCSI llevan la electrónica del controlador en el disco, por lo que el controlador realmente no suele ser más que un adaptador principal para conectar el disco al PC. Como se puede ver unos son interfaces a nivel de dispositivo y otros a nivel de sistema, la diferencia entre ambos es:

INTERFACE A NIVEL DE DISPOSITIVO: Es un interface que usa un controlador externo para conectar discos al PC. Entre otras funciones, el controlador convierte la ristra de datos del disco en datos paralelos para el bus del microprocesador principal del sistema. ST506 y ESDI son interfaces a nivel de dispositivo.

INTERFACE A NIVEL DE SISTEMA: Es una conexión entre el disco duro y su sistema principal que pone funciones de control y separación de datos sobre el propio disco (y no en el controlador externo), SCSI e IDE son interfaces a nivel de sistema.

Distribución de la Información: Grabación y Acceso.

Para grabar información en la superficie, se siguen una serie de códigos, que transforman un patrón de bits en una secuencia de celdas con diferentes estados de magnetización.

 

 

 

Procesos de grabación

· GCR (Group Coding Recording - Codificación de grupo de grabación) Es un proceso de almacenamiento en el que los bits se empaquetan como grupos y son almacenados bajo un determinado código.

· ZBR (Zone Bit Recording) Es un proceso de almacenamiento que coloca más sectores sobre las pistas exteriores del disco que son más largas, pero mantienen un valor constante de rotación. Está diseñado para colocar más datos sobre el disco, sólo puede usarse con interfaces inteligentes.

Proceso de Codificación

· FM: Es la codificación más sencilla, consiste en la grabación de un cambio de flujo para cada uno, y el omitir el cambio de flujo para cada cero. Este procedimiento se puede realizar con una electrónica de control relativamente simple, pero tiene el inconveniente de que cada bit de datos consume dos cambios de flujo, limitando mucho la capacidad del disco.

· MFM (Modified Frequency Modulation - Modulación de frecuencia modificada) Método de codificación magnética de la información que crea una correspondencia 1 a 1 entre los bits de datos y transiciones de flujo (cambios magnéticos) sobre un disco. Emplea una menor densidad de almacenamiento y presenta una velocidad más baja de transferencia que el RLL.

Esta tecnología es usada en los discos flexibles y en los primeros discos duros. Cada bit de datos es almacenado sobre una región física lo suficientemente grande para contener 2 posibles posiciones 00, 01 ó 10. Entre cada 2 bits de datos hay un bit que se llama de "reloj" y que se usa para validar las lecturas, así como para sincronizarlas. Este bit hace que sea uno cuando está situado entre 2 bits de datos a cero y se hace cero cuando está situado entre cualquier otra combinación de bits de datos. Así se hace imposible que se puedan leer más de 3 bits consecutivos con un valor de cero, o más de un bit seguido a uno. Esto es cierto para todas las informaciones almacenadas en el disco excepto para las áreas de control del mismo cuyas marcas de comienzo de pista, sector y datos tienen 4 bits consecutivos a cero en su "adress Mark". Evidentemente, estos sistemas, aunque fiables, son unos grandes consumidores de espacio ya que emplean prácticamente la mitad del espacio en bits de reloj.

· RLL: (Run Length Limited - Longitud recorrido limitado) Método de codificar la información magnéticamente que usa GCR para almacenar bloques en vez de bits individuales de datos. Permite densidades mayores de almacenamiento y velocidades más altas de transferencia que MFM. En la práctica, permite incrementar en un 50% la capacidad de un disco respecto al sistema de grabación MFM. Los métodos de grabación RLL utilizan un conjunto complejo de reglas para determinar el patrón de pulsos para cada bit basado en los valores de los bits precedentes. Este sistema se puede clasificar dependiendo de la distancia máxima y mínima de silencios entre dos pulsos, por ejemplo; el RLL 2,7 tiene una distancia mínima entre pulsos de 2 silencios y una máxima de 7.

Datos de control del disco

Es casi imposible evitar impurezas en la superficie magnética del disco, esto provoca que existan determinados sectores que son defectuosos.

En los antiguos discos estos sectores venían apuntados por el control de calidad del fabricante del disco. En el formateo de bajo nivel, el usuario debería indicárselos al programa formateador. En los modernos, las direcciones de estos sectores se graban en pistas especiales o se reconocen durante el formateo a bajo nivel del disco, estos sectores se saltan o bien son sustituidos por otros que están en zonas protegidas. Es allí donde se guardan las tablas que marcan los sectores defectuosos y sus sustituciones. Esto disminuye el acceso al disco duro, pero teniendo en cuenta que el porcentaje de sectores defectuosos es mínimo, prácticamente no tiene importancia.

Hay que tener en cuenta que no toda la información que se encuentra en la superficie de los discos son datos, existen zonas donde se almacena información de control.

Entre la información que se encuentran dentro de un sector:

· Numero de sector y cilindro

· El ECC (Error Correction Code) DATA.

· La zona de datos

· Zonas de separación entre zonas o entre pistas

También existen pistas extra donde se recogen otras informaciones como:

· Pistas "servo" donde se guardan cambios de flujo según un esquema determinado, para la sincronización al pulso de datos, necesario para la correcta compresión de las informaciones en RLL.

· Pistas de reserva, normalmente usadas como reserva de sectores defectuosos.

· Pistas de aparcamiento, usadas para retirar los cabezales evitando así choques del cabezal con la superficie con datos ante vibraciones o golpes de la unidad.

Tiempos de acceso, Velocidades y su medición

Existen una serie de Factores de Velocidad relacionados con los discos duros que son necesarios conocer para comprender su funcionamiento y sus diferencias.

· Tiempo de búsqueda de pista a pista: intervalo de tiempo necesario para desplazar la cabeza de lectura y escritura desde una pista a otra adyacente.

· Tiempo medio de acceso: tiempo que tarda, como media, para desplazarse la cabeza a la posición actual. Este tiempo promedio para acceder a una pista arbitraria es equivalente al tiempo necesario para desplazarse sobre 1/3 de las pistas del disco duro. El antiguo IBM PC/XT utilizaba discos de 80 a 110 milisegundos, mientras que los AT usaban discos de 28 a 40 milisegundos, y los actuales sistemas 386, 486 y PENTIUMÒ usan discos de menos de 20 milisegundos.

· Velocidad de Rotación: Número de vueltas por minuto (RPM) que da el disco.

· Latencia Promedio: Es el promedio de tiempo para que el disco una vez en la pista correcta encuentre el sector deseado, es decir el tiempo que tarda el disco en dar media vuelta. Velocidad de transferencia: velocidad a la que los datos (bits) pueden transferirse desde el disco a la unidad central. Depende esencialmente de dos factores: la velocidad de rotación y la densidad de almacenamiento de los datos en una pista

3600 rpm = 1 revolución cada 60/3600 segundos (16,66 milisegundos)

Si calculamos el tiempo de ½ vuelta --> Latencia Promedio 8,33 milisegundos

Una comparativa entre un disquete y un disco duro de todos estos Factores mencionados anteriormente sería:

	T.Pista	T.MAcceso	Rotación	Latencia	V.Transfrencia
FD 360k HD AT 30	6-12 mls 8-10 mls	93 mls 40-28 mls	300 rpm 3600 rpm	100 mls 8,3 mls	125-250 Kb / seg 1-5 Mb / seg

El tiempo de búsqueda depende del tamaño de la unidad (2", 3"½, 5"¼), del número de pistas por pulgada (que a su vez depende de factores como el tamaño de los dominios magnéticos) y de la velocidad y la precisión de los engranajes del cabezal. La latencia depende de la velocidad de rotación y equivale a la mitad del tiempo que tarda el disco en describir un giro completo. El rendimiento total también depende de la disposición de los dominios magnéticos, uso de ZBR.

Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de eje. Hace unos años todos los discos duros giraban a la misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de 8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más rápida) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos. Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos energía.

 

 

 

RPM

			1 Vuelta cada			Latencia
3600	16,66 mseg.	8,33 mseg.
4500	13,33 mseg.	6,66 mseg.
5400	11,11 mseg.	5,55 mseg.
7200	8,33 mseg.	4,16 mseg.
10000	6,00 mseg.	3,00 mseg.

El trabajar a velocidades elevadas plantea varios problemas: El primer problema es que a esta velocidad la disipación del calor se concierte en un problema. El segundo es que exige a usar nuevos motores articulados pro fluidos para los engranajes, los actuales motores de cojinetes no pueden alcanzar estas velocidades sin una reducción drástica de fiabilidad, se quemarían demasiado rápido.

Además de todas estas características de velocidades y tiempos de acceso de los discos duros existen una serie de técnicas que nos permiten aminorar los accesos a disco así como acelerar las transferencias de datos entre el sistema y el dispositivo en cuestión. Una de las técnicas más conocidas en la informática para hacer esto es la del uso de memorias intermedias, buffers o cachés.

· Buffer De Pista: Es una memoria incluida en la electrónica de las unidades de disco, que almacena el contenido de una pista completa. Así cuando se hace una petición de lectura de una pista, esta se puede leer de una sola vez, enviando la información a la CPU, sin necesidad de interleaving.

· Cachés De Disco: Pueden estar dentro del propio disco duro, en tarjetas especiales o bien a través de programas usar la memoria central. La gestión de esta memoria es completamente invisible y consiste en almacenar en ella los datos más pedidos por la CPU y retirar de ella aquellos no solicitados en un determinado tiempo. Se usan para descargar al sistema de las lentas tareas de escritura en disco y aumentar la velocidad.

Aparte de la velocidad del disco duro y de la controladora la forma en que se transfieren los datos de ésta a la memoria deciden también la velocidad del sistema. Se pueden emplear 4 métodos:

· Programed I/O (Pio Mode): La transferencia de datos se desarrolla a través de los diferentes puerto I/O de la controladora que también sirven para la transmisión de comandos (IN / OUT). La tasa de transferencia está limitada por los valores del bus PC, y por el rendimiento de la CPU. Se pueden lograr transferencias de 3 a 4 Mbytes. Con el modo de transferencia PIO 4, que es el método de acceso que actualmente utilizan los discos más modernos, es posible llegar a tasas de transferencia de 16,6 Mbytes / seg.

· Memory mapped I/O: La CPU puede recoger los datos de la controladora de forma más rápida, si los deja en una zona de memoria fija, ya que entonces se puede realizar la transferencia de los datos a una zona de memoria del programa correspondiente con la introducción MOV, más rápida que los accesos con IN y OUT. El valor teórico máximo es de 8 Mbytes / seg.

· DMA: Es la transferencia de datos desde el disco a la memoria evitando pasar por la CPU. La ventaja de usar el DMA es que se libera al procesador para trabajar en otras tareas mientras las transferencias de datos se realizan por otro lado. El DMA además de ser inflexible es lento, no se puede pasar de más de 2 Mb por segundo.

· Bus Máster DMA: En esta técnica la controladora del disco duro desconecta la controladora del bus y transfiere los datos con la ayuda de un controlador Bus Máster DMA con control propio. Así se pueden alcanzar velocidades de 8 a 16 Mb por segundo.

Últimas Tecnologías y Tendencias

La aceleración del los nuevos discos IDE se basan en dos métodos:

· Con el control de flujo a través de IORDY (en referencia a la línea de bus ATA " Canal de e/s preparado" se acelera el control PIO. Gracias al control de flujo, la parte electrónica de la unidad de disco puede regular las funciones de transferencia de datos del microprocesador, y el disco duro puede comunicarse con el bus a mayor velocidad de manera fiable. El standard PIO modo 3 tiene una transferencia teórica máxima de 11,1 Mbytes / seg., el nuevo PIO modo 4 de 16,6 Mbytes, y el futuro PIO modo 5 promete hasta 33 Mbytes / seg.

· El otro método alternativo denominado FAST MultiWord DMA con el controlador DMA (acceso directo a memoria) sustituye al procesador en el gobierno de las transferencias de datos entre el disco duro y la memoria del sistema. SSF define que el Modo 1 de transferencias DMA soporte velocidades internas de hasta 13,3 Mbps, lo que es equiparable a los resultados del control PIO en modo 3.

Los disco duros de hoy (especialmente los de mañana) se adentran en complicadas tecnologías y campos científicos (mecánica cuántica, aerodinámica, y elevadas velocidades de rotación). La combinación de estas tecnologías permite que la capacidad de los discos duros aumente cerca de un 60 % cada año; cada cinco años se multiplica por diez su capacidad. Los analistas esperan que este ritmo de crecimiento no se mantenga hasta finales de siglo.

Para mejorar las posibilidades del disco duro hay que acercar los cabezales a la superficie del disco. Los cabezales pueden escribir y leer dominios magnéticos menores, cuanto menor sean éstos mayor densidad de datos posible de cada plato. Pero cuanta más cerca estén los cabezales, mayor será la probabilidad de colisión con la superficie. Una solución es recubrir el plato con materiales protectores, rediseñar las características aerodinámicas de los cabezales, etc. Además el paso de una mayor cantidad de datos por los cabezales exige perfeccionar los componentes electrónicos, e incluso puede obligar a ampliar la memoria caché integrada. Además no hay que olvidar que los dominios menores son estables a las temperaturas de funcionamiento normales. Y todo esto a un precio competitivo.

Ejemplo de nuevos diseños es la tecnología MR (Magneto resistiva) de IBM que utiliza nuevos materiales. Usa cabezales con mejor relación señal / ruido que los de tipo inductivo, separando los de lectura de los de escritura. Pueden trabajar con dominios magnéticos menores aumentando la densidad de almacenamiento. Además son menos sensibles al aumento de la velocidad permitiendo velocidades de rotación mayores. Sus inconvenientes son su dificultad y alto precio de fabricación, y su sensibilidad ante posibles cargas eléctricas. Se investiga en una mejora llamada GMR (MR Gigante) que emplea el efecto túnel de electrones de la mecánica cuántica.

Nuevas tecnologías van encaminadas a potenciar la resistencia de la superficie magnética de los platos con materiales antiadherentes derivados del carbono. Esto junto con las técnicas de cabezales de grabación en proximidad, los TRI-PAD (cabezales trimorfos) y los de contacto virtual permiten acercar los cabezales hasta incluso entrar ocasionalmente en contacto con la superficie del plato.

A través de la técnica de carga dinámica del cabezal se garantiza la distancia de vuelo del cabezal respecto a la superficie, usando zonas de seguridad y cierres inerciales en las cabezas. Así no se necesita una preparación especial de la superficie del plato.

Estructura Lógica De Los Discos Duros

Lo que interrelaciona los discos duros con los disquetes, es su estructura, que se resumen en diferentes funciones del BIOS, que sirven entre otras cosas para el acceso a los mismos.

En primer lugar, internamente los discos duros se pueden dividir en varios volúmenes homogéneos. Dentro de cada volumen se encuentran una estructura que bajo el sistema operativo del Ms-Dos, sería la siguiente:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sector de Arranque.

Primera tabla de localización de archivos (FAT).

Una o más copias de la FAT.

Directorio Raíz (eventualmente con etiqueta de volumen).

Zona de datos para archivos y subdirectorios.

Como se muestra en el cuadro anterior, cada volumen se divide en diferentes zonas que por una parte acogen las diferentes estructuras de datos del sistema de archivos, y por otra los diferentes archivos y subdirectorios. En dicho cuadro no se han hecho referencia al tamaño de las diferentes estructuras de datos y zonas. Pero no es posible describirlas, ya que se adaptan individualmente al tamaño del volumen correspondiente

· El Sector de Arranque: Al formatear un volumen, el sector de arranque se crea siempre como primer sector del volumen, para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se encuentra información acerca del tamaño, de la estructura del volumen y sobre todo del BOOTSTRAP-LOADER, mediante el cual se puede arrancar el PC desde el DOS. A ésta parte se le llama sector de arranque (BOOT).

· La Tabla de Asignación de Ficheros (File Allocation Table) (FAT): Si el DOS quiere crear nuevos archivos, o ampliar archivos existentes, ha de saber qué sectores del volumen correspondiente quedan libres, Estas informaciones las toma la llamada FAT. Cada entrada a esta tabla se corresponde con un número determinado de sectores, que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno de estos grupos de sectores se llama Clúster. El tamaño de las diferentes entradas de esta tabla en las primeras versiones del DOS era de 12 bits. Con lo que se podían gestionar hasta 4.096 Clusters, correspondiente a una capacidad aproximada de 8 Mbytes. En vista del problema que surgió al aparecer discos duros de capacidades más elevadas, se amplió el tamaño a 16 bits., permitiendo el direccionamiento de un máximo de 65.535 Clusters. Actualmente se está creando FAT’s de hasta 32 bits, para discos duros capaces de almacenar Gigas de información.

· Una o más copias de la FAT: El DOS permite a un programa de formateo crear no sólo una, sino varias copias idénticas de la FAT. Si el DOS encuentra uno de estos medios, cuida todas las copias de la FAT simultáneamente, así que guarda allí los nuevos clusters ocupados o liberados al crear o borrar archivos. Esto ofrece la ventaja de que se puede sustituir la FAT primaria en caso de defecto por una de sus copias, para evitar la pérdida de datos.

· El directorio Raíz: La cantidad máxima de entradas en el directorio raíz se limita por su tamaño, que se fija en el sector de arranque. Ya que el directorio raíz representa una estructura de datos estática, que no crece si se guardan más y más archivos o subdirectorios. De ahí que, dependiendo del tamaño, bien un disco duro o bien de volumen, se selecciona el tamaño del directorio raíz en relación al volumen.

· La Zona de Datos: Es la parte del disco duro en la que se almacena los datos de un archivo. Esta zona depende en casi su totalidad de las interrelaciones entre las estructuras de datos que forman el sistema de archivos del DOS, y del camino que se lleva desde la FAT hacia los diferentes sectores de un archivo.

Ventajas e Inconvenientes frente a otros sistemas de almacenamiento.

Floppys (Disquetes):

· Ventajas:

- Bajo coste de fabricación.

- Estandarización de los formatos; número de cabezas, sectores, cilindros.

- Es extraíble y compatibilidad.

· Inconvenientes:

·         Poca fiabilidad de los datos almacenados.

·         Una escasa capacidad de almacenamiento.

Unidades de CD-ROM:

· Ventajas:

- Velocidad de lectura similar a los Discos Duros.

- Gran capacidad a muy bajo coste.

- La cabeza lectora no va incorporada en el disco.

· Inconvenientes:

- Es de sólo lectura.

- El disco únicamente re escribible una sola vez.

- El disco de CD-ROM no lleva los cabezales de lectura / escritura incorporados.

Streamers (Unidades de Cinta):

· Ventajas:

- Seguridad en la grabación de los datos.

- Gran capacidad a bajo coste.

· Inconvenientes:

- Los Discos duros son mucho más rápidos en lectura / escritura, ya que la cinta realiza una lectura secuencia, mientras que la cabeza lectura de los discos duros se posiciona en cualquier parte la superficie en tiempos casi despreciable

MEMORIA RAM

· Ventajas:

- Mayor rapidez que los discos duros.

· Inconvenientes:

- Elevado coste en relación a su capacidad.

- La información contenida en la memoria es volátil, mientras que el almacenamiento en discos duros es estática.

- La memoria de un ordenador es 100 veces menor que la capacidad de los discos duros.

Papel:

· Ventajas:

- Portabilidad.

- Suele deteriorarse con más facilidad que un disco duro.

· Inconvenientes:

- No es ecológico,

- Las búsquedas son machismo más lentas.

- El elevado coste en comparación con la capacidad de las páginas de textos, documentos, etc. Que es capaz de almacenar un disco duro.

ARREGLO REDUNDANTE DE DISCOS INDEPENDIENTES

¿Qué es tecnología RAID?

El concepto de RAID fue desarrollado por un grupo de científicos en la Universidad de California en Berkley en 1987. Los científicos investigaban usando pequeños HD unidos en un arreglo (definido como dos o más HD agrupados para aparecer como un dispositivo único para el servidor) y compararon el desempeño y los costos de este tipo de configuración de almacenamiento con el uso de un SLED (Single Large Expensive Disk), común en aplicac iones de Mainframes.

Su conclusión fue que los arreglos de Hd pequeños y poco costosos ofrecían el mismo o un mejor desempeño que los SLED. Sin embargo, dado que había más discos usados en un arreglo el MTBDL (Mean Time Be fore Data Loss) -calculado dividiendo el MTBF (Mean Time Between Failures) por el número de discos en el arreglo- sería inaceptablemente bajo.

Los problemas entonces fueron como manejar el MTBF y prevenir que la falla de un solo HD causara pérdida de datos en el arreglo. Para mejorar esto, propusieron 5 tipos de arreglos redundantes, Definiéndolas como RAID Nivel 1 hasta 5. El nivel del RAID es Simplemente la arquitectura que determina como se logra la redundancia y como los datos están distribuidos a través de los HD del arreglo.

Adicional al RAID 1 hasta 5, una configuración de arreglo no redundante que emplea partición de datos (esto es partir los archivos en bloques pequeños y distribuir estos bloques a través de los HD del arreglo), esto es conocido como RAID 0.

 DEFINICIONES:

RAID 0

También llamado partición de los discos, los datos son distribuidos a través de discos paralelos. RAID 0 distribuye los datos rápidamente a los usuarios, pero no ofrece más protección a fallas de hardware que un simple disco.

RAID 1

También llamado Disk Mirroring provee la más alta medida de protección de datos a través de una completa redundancia. Los datos son copiados a dos discos simultáneamente. La disponibilidad es alta pero el costo también dado que los usuarios deben comprar dos veces la capacidad de almacenamiento que requieren.

RAID 0/1

Combina Disk Mirroring y partición de datos. El resultado es gran disponibilidad al más alto desempeño de entrada y de salida para las aplicaciones de negocios más críticas. A este nivel como en el RAID 1 los discos so n duplicados. Dado que son relativamente no costosos, RAID 0/1 es una alternativa para los negocios que necesitan solamente uno o dos discos para sus datos, sin embargo, el costo puede convertirse en un problema cuando se requieren más de dos discos.

RAID 3

Logra redundancia sin Mirroring completo. El flujo de los datos es particionado a través de todos los HD de datos en el arreglo. La información extra que provee la redundancia está escrita en un HD dedicado a la parida d. Si cualquier HD del arreglo falla, los datos perdidos pueden ser reconstruidos matemáticamente desde los miembros restantes del arreglo. RAID 3 es especialmente apropiado para procesamiento de imagen, colección de datos científicos, y otras aplicaciones en las cuales grandes bloques de datos guardados secuencialmente deben ser transferidos rápidamente

RAID 5

Todos los HD en el arreglo operan independientemente. Un registro entero de datos es almacenado en un solo disco, permitiendo al arreglo satisfacer múltiples requerimientos de entrada y salida al mismo tiempo. La información cute; n de paridad está distribuida en todos los discos, aliviando el cuello de botella de acceder un solo disco de paridad durante operaciones de entrada y salida concurrentes. RAID 5 está bien recomendado para procesos de transacciones on-line, automatización de oficinas, y otras aplicaciones caracterizadas por gran numero de requerimientos concurrentes de lectura. RAID 5 provee accesos rápidos a los datos y una gran medida de protección por un costo más bajo que el Disk Mirroring

RAID 10

La información se distribuye en bloques como en RAID-0 y adicionalmente, cada disco se duplica como RAID-1, creando un segundo nivel de arreglo. Se conoce como "Striping de arreglos duplicados". Se requieren, dos canales, dos discos para cada canal y se utiliza el 50% de la capacidad para información de control. Este nivel ofrece un 100% de redundancia de la información y un soporte para grandes volúmenes de datos, donde el precio no es un factor importan te. Ideal para sistemas de misión crítica donde se requiera mayor confiabilidad de la información, ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los datos todavía se mantienen en línea. Es apropiado también en escrituras aleatorias pequeñas.

RAID 30

Se conoce también como "Striping de arreglos de paridad dedicada". La información es distribuida a través de los discos, como en RAID-0, y utiliza paridad dedicada, como RAID-3 en un segundo canal. Proporciona una alta confiabilidad, igual que el RAID-10, ya que también es capaz de tolerar dos fallas físicas de discos en canales diferentes, manteniendo la información disponible. RAID-30 es el mejor para aplicaciones no interactivas, tales como señales de video, gráficos e imágenes que procesan secuencialmente grandes archivos y requieren alta velocidad y disponibilidad.

RAID 50

Con un nivel de RAID-50, la información se reparte en los discos y se usa paridad distribuida, por eso se conoce como "Striping de arreglos de paridad distribuida". Se logra confiabilidad de la información, un buen rendimiento en general y además soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente, si dos discos sufren fallas físicas en diferentes canales, la información no se pierde. RAID-50 es ideal para aplicaciones que requieran un almacenamiento altamente confiable, una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos. A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo pequeños archivos, al igual que procesamiento de transacciones.

Máximas y mínimas cantidades de HD que se pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID

 

§  El 

 

Máster Boot Record (en el sector de arranque), que contiene la tabla de particiones.

§  Las particiones, necesarias para poder colocar los sistemas de archivos.

 

Integridad [

Debido al extremadamente cerrado espacio entre los cabezales y la superficie del disco, alguna contaminación de los cabezales de lectura/escritura o las fuentes puede dar lugar a un accidente en los cabezales, un fallo del disco en el que el cabezal raya la superficie de la fuente, a menudo moliendo la fina película magnética y causando la pérdida de datos. Estos accidentes pueden ser causados por un fallo electrónico, un repentino corte en el suministro eléctrico, golpes físicos, el desgaste, la corrosión o debido a que los cabezales o las fuentes sean de pobre fabricación.

 

 

 

 

 

 

 

 

Cabezal del disco duro

El eje del sistema del disco duro depende de la presión del aire dentro del recinto para sostener los cabezales y su correcta altura mientras el disco gira. Un disco duro requiere una cierta línea de presiones de aire para funcionar correctamente. La conexión al entorno exterior y la presión se produce a través de un pequeño agujero en el recinto (cerca de 0,5 mm de diámetro) normalmente con un filtro en su interior (filtro de respiración, ver abajo). Si la presión del aire es demasiado baja, entonces no hay suficiente impulso para el cabezal, que se acerca demasiado al disco, y se da el riesgo de fallos y pérdidas de datos. Los discos fabricados especialmente son necesarios para operaciones de gran altitud, sobre 3.000 m (10.000 pies). A tener en cuenta que los aviones modernos tienen una cabina presurizada cuya altitud de presión no excede normalmente los 2.600 m (8.500 pies). Por lo tanto los discos duros ordinarios pueden ser usados de manera segura en los vuelos. Los discos modernos incluyen sensores de temperatura y se ajustan a las condiciones del entorno. Los agujeros de ventilación se pueden ver en todos los discos (normalmente tienen una pegatina a su lado que advierte al usuario de no cubrir el agujero. El aire dentro del disco operativo está en constante movimiento siendo barrido por la fricción del plato. Este aire pasa a través de un filtro de recirculación interna para quitar algún contaminante que se hubiera quedado de su fabricación, alguna partícula o componente químico que de alguna forma hubiera entrado en el recinto, y cualquier partícula generada en una operación normal. Una humedad muy alta durante un periodo largo puede corroer los cabezales y los platos.

 

 

 

 

 

 

 

 

Cabezal de disco duro IBM sobre el plato del disco

Para los cabezales resistentes al magnetismo grandes (GMR) en particular, un incidente minoritario debido a la contaminación (que no se disipa la superficie magnética del disco) llega a dar lugar a un sobrecalentamiento temporal en el cabezal, debido a la fricción con la superficie del disco, y puede hacer que los datos no se puedan leer durante un periodo corto de tiempo hasta que la temperatura del cabezal se estabilice (también conocido como “aspereza térmica”, un problema que en parte puede ser tratado con el filtro electrónico apropiado de la señal de lectura).

Los componentes electrónicos del disco duro controlan el movimiento del accionador y la rotación del disco, y realiza lecturas y escrituras necesitadas por el controlador de disco. El firmware de los discos modernos es capaz de programar lecturas y escrituras de forma eficiente en la superficie de los discos y de reasignar sectores que hayan fallado.

 

 

 

 

 

 

 

 

Piezas de un disco duro

Un disco duro suele tener:

§  Platos en donde se graban los datos.

§  Cabezal de lectura/escritura.

§  Motor que hace girar los platos.

§  Electroimán que mueve el cabezal.

§  circuito electrónico de control, que incluye: interfaz con la computadora, memoria caché.

§  Bolsita desecante (gel de sílice) para evitar la humedad.

§  Caja, que ha de proteger de la suciedad, motivo por el cual suele traer algún filtro de aire.

 

 

 

 

 

 

 

 

Antiguo disco duro de IBM (modelo 62PC, «Piccolo»), de 64,5 MB, fabricado en 1979

A principios los discos duros eran extraíbles, sin embargo, hoy en día típicamente vienen todos sellados (a excepción, de un hueco de ventilación para filtrar e igualar la presión del aire).

El primer disco duro, aparecido en 1956, fue el IBM 350 modelo 1, presentado con la computadora Ramac I: pesaba una tonelada y su capacidad era de 5 MB. Más grande que una nevera actual, este disco duro trabajaba todavía con válvulas al vacío y requería una consola separada para su manejo.

Su gran mérito consistía en el que el tiempo requerido para el acceso era relativamente constante entre algunas posiciones de memoria, a diferencia de las cintas magnéticas, donde para encontrar una información dada, era necesario enrollar y desenrollar los carretes hasta encontrar el dato buscado, teniendo muy diferentes tiempos de acceso para cada posición.

La tecnología inicial aplicada a los discos duros era relativamente simple. Consistía en recubrir con material magnético un disco de metal que era formateado en pistas concéntricas, que luego eran divididas en sectores. El cabezal magnético codificaba información al magnetizar diminutas secciones del disco duro, empleando un código binario de «ceros» y «unos». Los bits o dígitos binarios así grabados pueden permanecer intactos años. Originalmente, cada bit tenía una disposición horizontal en la superficie magnética del disco, pero luego se descubrió cómo registrar la información de una manera más compacta.

El mérito del francés Albert Fert y al alemán Peter Grünberg (ambos premio Nobel de Física, por sus contribuciones en el campo del almacenamiento magnético) fue el descubrimiento del fenómeno conocido como magneto resistencia gigante, permitió construir cabezales de lectura y grabación más sensibles, y compactar más los bits en la superficie del disco duro. De estos descubrimientos, realizados en forma independiente por estos investigadores, se desprendió un crecimiento espectacular en la capacidad de almacenamiento en los discos duros, que se elevó un 60% anual en la década de 1990.

En 1992, los discos duros de 3,5 pulgadas alojaban 250 MB, mientras que 10 años después habían superado los 40.960 MB o 40 gigabytes (GB). En la actualidad, ya contamos en el uso cotidiano con discos duros de más de un terabyte (TB) o 1.048.576 megabytes.

En 2005 los primeros teléfonos móviles que incluían discos duros fueron presentados por Samsung y Nokia.

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

§  Tiempo medio de acceso: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), tiempo de lectura/escritura y la Latencia media (situarse en el sector).

§  Tiempo medio de búsqueda: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco.

§  Tiempo de lectura/escritura: Tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información, el tiempo depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista.

§  Latencia media: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco.

§  Velocidad de rotación: Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media.

§  Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico.

Otras características son:

§  Caché de pista: Es una memoria tipo RAM dentro del disco duro. Los discos duros de estado sólido utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente se limita a las supercomputadoras, por su elevado precio.

§  Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la computadora. Puede ser IDE/ATA, SCSI, SATA, USB, Firewire, 

 

SAS

 

 

§  Landz: Zona sobre las que aterrizan las cabezas una vez apagada la computadora.

Actualmente la nueva generación de discos duros utiliza la tecnología de grabación perpendicular (PMR), la cual permite mayor densidad de almacenamiento. También existen discos llamados "Ecológicos" (GP - Green Power), los cuales hacen un uso más eficiente de la energía. Se está empezando a observar que la Unidad de estado sólido es posible que termine sustituyendo al disco duro a largo plazo. También hay que añadir los nuevos discos duros basados en el tipo de memorias Flash, que algunas empresas, como ASUS, incorporó recientemente en sus modelos. Los mismos arrancan en 4 GB a 512 GB.¹

Son muy rápidos ya que no tienen partes móviles y consumen menos energía. Todo esto les hace muy fiables y casi indestructibles. Un nuevo formato de discos duros basados en tarjetas de memorias. Sin embargo su costo por GB es aún muy elevado ya que el coste de un disco duro común de 500 GB es equivalente a un SSD de 8 a 16 GB, $50 USD aproximadamente.

 

 

 

 

 

 

 

 

Un Western Digital 3.5 pulgadas 250 GB SATA HDD.

 

 

 

 

 

 

 

 

Un Seagate 3.5 pulgadas 1 TBSATA HDD.

Los recursos tecnológicos y el saber hacer requeridos para el desarrollo y la producción de discos modernos implica que desde 2007, más del 98% de los discos duros del mundo son fabricados por un conjunto de grandes empresas: Seagate (que ahora es propietaria de Maxtor), Western Digital, Samsung e Hitachi (que es propietaria de la antigua división de fabricación de discos de IBM). Fujitsu sigue haciendo Discos portátiles y discos de servidores, pero dejó de hacer discos para ordenadores de escritorio en 2001, y el resto lo vendió a Western Digital. Toshiba es uno de los principales fabricantes de discos duros para portátiles de 2,5 pulgadas y 1,8 pulgadas. ExcelStor es un pequeño fabricante de discos duros.

Decenas de ex-fabricantes de discos duros han terminado con sus empresas fusionadas o han cerrado sus divisiones de discos duros, a medida que la capacidad de los dispositivos y la demanda de los productos aumentaron, los beneficios eran menores y el mercado sufrió una significativa consolidación a finales de los 80 y finales de los 90. La primera víctima en el mercado de los PC fue Computer Memories Inc. o CMI; después de un incidente con 20 MB defectuoso en discos en 1985, La reputación de CMI nunca se recuperó, y salieron del mercado de los discos duros en 1987. Otro notable fallo fue de Mini Scribe, quien quebró en 1990 después se descubrió que tenían en marcha un fraude e inflaban el número de ventas durante varios años. Otras muchas pequeñas compañías (como Kalok, Microscience, LaPine, Areal, Priam y PrairieTek) tampoco sobrevivieron a la expulsión, y habían desaparecido para 1993; Micropolis fue capaz de aguantar hasta 1997, y JTS, un recién llegado a escena, duro solo unos años y desapareció para 1999, después intentó fabricar discos duros en India. Su vuelta a la fama fue con la creación de un nuevo formato de tamaño de 3” para portátiles. Quantum and Integral también investigaron el formato de 3”, pero finalmente se dieron por vencidos. Rodime fue también un importante fabricante durante la década de los 80, pero dejó de hacer discos en la década de los 90 en medio de la reestructuración y ahora se concentra en la tecnología de la concesión de licencias; tienen varias patentes relacionadas con el formato de 3.5“.

§  1988: Tandon Corporation vendió su división de fabricación de discos duros a Western Digital (WDC), el cual era un renombrado diseñador de controladores.

§  1989: Seagate Technology compro el negocio de discos de alta calidad de Control Data, como parte del abandono de CDC en la creación de hardware.

§  1990: Maxtor compro Mini Scribe que estaba en bancarrota, haciéndolo el núcleo de su división de discos de gama baja.

§  1994: Quantum compro la división de almacenamiento de [Digital Equipment Corporation DEC otorgando al usuario una gama de discos de alta calidad llamada ProDrive , igual que la gama tape drive de 

 

DLT

 

 

§  1995: Conner Peripherals fue fundada por uno de los cofundadores de Seagate Technology's junto con personal de Mini Scribe, anunciaron un fusión con Seagate, la cual se completó a principios de 1996.

§  1996: JTS se fusionó con Atari, permitiendo a JTS llevar a producción su gama de discos. Atari fue vendida a Hasbro en 1998, mientras que JTS sufrió una bancarrota en 1999.

§  2000: Quantum vendió su división de discos a Maxtor para concentrarse en las unidades de cintas y los equipos de respaldo.

§  2003: Siguiendo la controversia en los fallos masivos en su modelo Deskstar 75GXP , pioneer IBM vendió la mayor parte de su división de discos a Hitachi, renombrándose como Hitachi Global Storage Technologies (HGST).

§  2003: Western Digital compro Read-Rite Corp., quien producía los cabezales utilizados en los discos duros, por 95.4 millones de $ en metálico.

§  21 de diciembre de 2005: Seagate y Maxtor anuncian un acuerdo bajo el que Seagate adquiriría todo el stock de Maxtor por ciento noventa mil millones de $. Esta adquisición fue aprobada por los cuerpos regulatorios, y cerrada el 19 de mayo de 2006.

§  2007