Almacenamiento en disco

General category of storage mechanisms

El almacenamiento en disco (también llamado a veces almacenamiento en unidad ) es un mecanismo de almacenamiento de datos basado en un disco giratorio. La grabación emplea varios cambios electrónicos, magnéticos, ópticos o mecánicos en la capa superficial del disco. Una unidad de disco es un dispositivo que implementa dicho mecanismo de almacenamiento. Los tipos notables son las unidades de disco duro (HDD), que contienen uno o más platos rígidos no extraíbles ; la unidad de disquete (FDD) y su disquete extraíble ; y varias unidades de disco óptico (ODD) y medios de disco óptico asociados .

(Los términos disco y disquete se usan indistintamente, excepto cuando las marcas registradas impiden un uso, por ejemplo, el logotipo del disco compacto. La elección de una forma particular es frecuentemente histórica, como en el uso de la forma de disco por parte de IBM a partir de 1956 con la " unidad de almacenamiento en disco IBM 350 ").

Fondo

La información de audio se grababa originalmente mediante métodos analógicos (véase Grabación y reproducción de sonido ). De manera similar, el primer disco de vídeo utilizaba un método de grabación analógico. En la industria musical, la grabación analógica ha sido reemplazada en su mayor parte por la tecnología óptica digital , en la que los datos se graban en formato digital con información óptica.

El primer dispositivo comercial de almacenamiento en disco digital fue el IBM 350 , que se comercializó en 1956 como parte del sistema informático IBM 305 RAMAC . El almacenamiento en discos de acceso aleatorio y baja densidad se desarrolló para complementar el almacenamiento de alta densidad y acceso secuencial que ya se utilizaba y que proporcionaban las unidades de cinta que utilizaban cinta magnética . La vigorosa innovación en la tecnología de almacenamiento en disco, junto con una innovación menos vigorosa en el almacenamiento en cinta, ha reducido la diferencia en el coste de adquisición por terabyte entre el almacenamiento en disco y el almacenamiento en cinta; sin embargo, el coste total de propiedad de los datos en disco, incluida la energía y la gestión, sigue siendo mayor que el de la cinta. ^[1]

El almacenamiento en disco se utiliza ahora tanto en el almacenamiento de computadoras como en el almacenamiento de dispositivos electrónicos de consumo, por ejemplo, CD de audio y discos de video ( VCD , DVD y Blu-ray ).

Los datos de los discos modernos se almacenan en bloques de longitud fija, generalmente denominados sectores , cuya longitud varía desde unos pocos cientos hasta muchos miles de bytes. La capacidad bruta de la unidad de disco es simplemente la cantidad de superficies de disco multiplicada por la cantidad de bloques/superficie multiplicada por la cantidad de bytes/bloque. En ciertas unidades IBM CKD antiguas, los datos se almacenaban en discos magnéticos con bloques de longitud variable, denominados registros; la longitud de los registros podía variar en los discos y entre ellos. La capacidad disminuía a medida que la longitud de los registros disminuía debido a los espacios necesarios entre los bloques.

Métodos de acceso

Las unidades de disco digitales son dispositivos de almacenamiento en bloques . Cada disco está dividido en bloques lógicos (conjunto de sectores). Los bloques se direccionan mediante sus direcciones de bloque lógico (LBA). La lectura o escritura en el disco se realiza según la granularidad de los bloques.

Originalmente, la capacidad de los discos era bastante baja y se ha mejorado de varias maneras. Las mejoras en el diseño mecánico y la fabricación permitieron utilizar cabezales más pequeños y precisos, lo que significa que se podían almacenar más pistas en cada uno de los discos. Los avances en los métodos de compresión de datos permitieron almacenar más información en cada uno de los sectores individuales.

La unidad almacena datos en cilindros, cabezales y sectores . La unidad de sector es el tamaño de datos más pequeño que se puede almacenar en una unidad de disco duro, y cada archivo tendrá muchas unidades de sector asignadas. La entidad más pequeña de un CD se denomina trama, que consta de 33 bytes y contiene seis muestras estéreo completas de 16 bits (dos bytes × dos canales × seis muestras = 24 bytes). Los otros nueve bytes consisten en ocho bytes de corrección de errores CIRC y un byte de subcódigo utilizado para control y visualización.

La información se envía desde el procesador de la computadora al BIOS, a un chip que controla la transferencia de datos. Luego, esta información se envía al disco duro a través de un conector de varios cables. Una vez que los datos se reciben en la placa de circuitos de la unidad, se traducen y se comprimen en un formato que la unidad individual puede usar para almacenar en el propio disco. Luego, los datos se pasan a un chip en la placa de circuitos que controla el acceso a la unidad. La unidad se divide en sectores de datos almacenados en uno de los lados de uno de los discos internos. Un HDD con dos discos internos generalmente almacenará datos en las cuatro superficies.

El hardware de la unidad le indica al brazo actuador dónde debe ir para obtener la pista correspondiente y la información comprimida se envía entonces al cabezal, que cambia las propiedades físicas, óptica o magnéticamente, por ejemplo, de cada byte de la unidad, almacenando así la información. Un archivo no se almacena de manera lineal, sino que se conserva de la mejor manera para recuperarlo más rápidamente.

Velocidad de rotación y disposición de la pista

Mecánicamente, se producen dos movimientos diferentes dentro de la unidad. Uno es la rotación de los discos dentro del dispositivo. El otro es el movimiento de lado a lado del cabezal a lo largo del disco mientras se mueve entre las pistas.

Hay dos tipos de métodos de rotación de disco:

La velocidad lineal constante (utilizada principalmente en el almacenamiento óptico) varía la velocidad de rotación del disco óptico dependiendo de la posición del cabezal y
La velocidad angular constante (usada en discos duros, unidades de disco flexibles estándar, algunos sistemas de discos ópticos y discos de audio de vinilo ) hace girar el medio a una velocidad constante independientemente de dónde esté posicionado el cabezal.

El posicionamiento de las pistas también sigue dos métodos diferentes en los dispositivos de almacenamiento en disco. Los dispositivos de almacenamiento enfocados en almacenar datos informáticos, por ejemplo, los discos duros, las unidades de disquete y las unidades zip de Iomega , utilizan pistas concéntricas para almacenar datos. Durante una operación de lectura o escritura secuencial, después de que la unidad accede a todos los sectores de una pista, reposiciona el cabezal o los cabezales en la siguiente pista. Esto provocará un retraso momentáneo en el flujo de datos entre el dispositivo y la computadora. Por el contrario, los discos ópticos de audio y vídeo utilizan una única pista en espiral que comienza en el punto más interno del disco y fluye continuamente hasta el borde exterior. Al leer o escribir datos, no es necesario detener el flujo de datos para cambiar de pista. Esto es similar a los discos de vinilo, excepto que los discos de vinilo comienzan en el borde exterior y se enroscan en espiral hacia el centro.

Interfaces

La interfaz de la unidad de disco es el mecanismo/protocolo de comunicación entre el resto del sistema y la propia unidad de disco. Los dispositivos de almacenamiento destinados a ordenadores de sobremesa y portátiles suelen utilizar interfaces ATA ( PATA ) y SATA . Los sistemas empresariales y los dispositivos de almacenamiento de gama alta suelen utilizar interfaces SCSI , SAS y FC , además de SATA.

Terminología básica

Disco

Generalmente se refiere a medios y dispositivos magnéticos.

Desct

Requerido por las marcas comerciales para ciertos dispositivos y medios ópticos.

Plato

Un disco de grabación individual. Una unidad de disco duro contiene un conjunto de platos. Los avances en la tecnología óptica han dado lugar a múltiples capas de grabación en los DVD .

Huso

el eje giratorio sobre el que están montados los platos.

Rotación

Los platos giran; hay dos técnicas comunes:

La velocidad angular constante (CAV) mantiene el disco girando a una velocidad fija, medida en revoluciones por minuto (RPM). Esto significa que los cabezales recorren más distancia por unidad de tiempo en las pistas externas que en las pistas internas. Este método es habitual en los discos duros de ordenador.
La velocidad lineal constante (CLV) mantiene fija la distancia recorrida por los cabezales por unidad de tiempo. Por lo tanto, el disco debe reducir su velocidad a medida que el brazo se mueve hacia las pistas externas. Este método es típico de las unidades de CD .

Pista: El círculo de datos grabados en una única superficie de grabación de un plato.
Sector: Un segmento de una pista
Formato de bajo nivel: Establecimiento de pistas y sectores.
Cabeza: El dispositivo que lee y escribe la información (magnética u óptica) en la superficie del disco.
Brazo: El conjunto mecánico que sostiene la cabeza mientras se mueve hacia adentro y hacia afuera.
Busca tiempo: Tiempo necesario para mover la cabeza a una nueva posición (pista específica).
Latencia rotacional: Tiempo promedio, una vez que el brazo está en el camino correcto, antes de que una cabeza esté sobre un sector deseado.
Velocidad de transferencia de datos: La velocidad a la que se transfieren los bits de datos del usuario desde o hacia el medio. Técnicamente, se denominaría con más precisión velocidad de transferencia de datos "bruta" .

Véase también

Referencias

^ Richard L. Moore; et al. (3 de mayo de 2007). "Disk and Tape Storage Cost Models" (PDF) . Centro de Supercomputación de San Diego, UCSD. Archivado (PDF) desde el original el 25 de julio de 2008 . Consultado el 20 de febrero de 2013 .

[1] Richard L. Moore; et al. (3 de mayo de 2007). "Disk and Tape Storage Cost Models" (PDF) . Centro de Supercomputación de San Diego, UCSD. Archivado (PDF) desde el original el 25 de julio de 2008 . Consultado el 20 de febrero de 2013 .