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Discos magneticos y unidades de discos

Resumen: ¿Que lugar ocupan las unidades de discos magneticos y opticos dentro del conjunto de los perifericos mas comunes?. ¿Que tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD, de ~~equipos de computacion?. ¿Cuales son las propiedades y funciones de los discos magneticos?. ¿Que es un disco magnetico, y como se escribe o lee cada bit de un sector?. ¿Que se denomina cilindro en la organizacion fisica de un disco o disquete?. ¿De que depende la cantidad de bytes que puede almacenar un disquete o un disco magnetico?.

Publicación enviada por Leandro Vanden Bosch




 


Indice 

1. ¿Qué lugar ocupan las unidades de discos magnéticos y ópticos dentro del conjunto de los periféricos más comunes?
2. ¿Qué tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD, de 
equipos de computación?
3. ¿Cuáles son las propiedades y funciones de los discos magnéticos?
4. ¿Qué es un disco magnético, y cómo se escribe o lee cada bit de un sector?
5. ¿Qué se denomina cilindro en la organización física de un disco o disquete?
6. ¿De qué depende la cantidad de bytes que puede almacenar un disquete o un disco magnético?
7. ¿Qué significa que un disco o disquete es un medio de almacenamiento de acceso directo?
8. ¿Cómo se localiza un sector de un disco/disquete, y por qué se dice que es direccionable?
9. ¿Qué son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete
10. ¿Qué son tiempo y velocidad de transferencia de datos?
11. ¿Cómo están construidos, protegidos, y se accede a los discos flexibles?
12. ¿Qué funciones cumple una unidad de disquetes ("Floppy Disk Drive")?
13. Aspectos particulares de discos rigidos y unidades de disco rigido
14. ¿Qué significa que un disco está muy fragmentado?
15. ¿Cómo están en el presente organizados físicamente los sectores en las pistas de los discos rígidos?
16. En un disco rígido actual, ¿cómo localiza el cabezal más rápidamente un cilindro?
17. ¿Qué funciones realiza una unidad de disco inteligente ATA-IDE o FAST ATA?
18. ¿Qué son los números "lógicos" de cilindro, cabeza, sector y el LBA?
19. ¿En qué consisten los métodos de grabación MFM y RLL?
20. ¿Qué es un disquete "floptical"?
21. ¿Qué son los disquetes y unidades ZIP?
22. Bibliografía

 

 1. ¿Qué lugar ocupan las unidades de discos magnéticos y ópticos dentro del conjunto de los periféricos más comunes?

Los discos, sean rígidos, CDs, o disquetes se consideran memoria auxiliar o secundaria, de gran capacidad de almacenamiento en relación con la memoria principal, pero de acceso un millón de veces más lento.

Determinamos dos clases de periféricos, de entrada (teclado, unidad de discos, mouse, escáner, módem, etc.): son dispositivos que sirven para entrar del "exterior" datos a procesar y programas para procesarlos, cuyo destino será la memoria. Periféricos de salida (monitor, impresora, unidad de discos, módem, etc.): son dispositivos encargados de transferir al "exterior" la información proveniente de memoria, sean datos procesados o programas.

Las unidades de discos y de CD se designan periféricos de almacenamiento masivo. En una operación de entrada leen archivos de datos o programas archivados en esos discos, los cuales luego llegarán a memoria; y en una operación de salida permiten archivar resultados que estaban en memoria.

Desde CD-ROM y semejantes sólo son posibles operaciones de entrada.

2. ¿Qué tipos de discos se usan en el presente en las unidades de disco, disquete y CD, de los equipos de computación?

Los distintos tipos de discos existentes para computación, tienen en común que se emplea como soportes para almacenar grandes cantidades de información (datos y programas), en general durante largo tiempo. Difieren en la tecnología de almacenamiento / lectura, en la cantidad de información que memorizan, en el tiempo que se tarda en acceder y transferir datos requeridos, en la seguridad con que mantienen la información durante un tiempo estimado, y en el costo por megabyte almacenado.

La siguiente clasificación se hace en función del primero de los aspectos citados: la tecnología de almacenamiento y lectura, determinante de los restantes.

Escritura

Lectura

Nombre

Tipos

Por grabación magnética de pistas concéntricas mediante una cabeza constituida por un electroimán.

Por sensado mediante la misma cabeza que escribió actuando en forma inversa

Disco magnético (para lectura y escritura)

Disco rígido, disquete, Zip, Jazz, Bernouilli Floptical.

Por modelado de hoyos formando una pista en espiral, por inyección de plástico en un molde metálico (producción masiva de CDs)

Sensado por rayo láser de la longitud de los hoyos grabados y de la distancia que separa dos hoyos sucesivos

CD-ROM (sólo lectura)

DVD-ROM (sólo lectura)

Por efecto térmico de un rayo láser se modifica la transparencia de porciones de una pista en espiral, en una capa de material orgánico

Sensado por rayo láser de la longitud de las porciones transparentes y las no transparentes de la espiral grabada

CD-R (Sólo lectura)

 

Por grabación magnética auxiliada por acción térmica de una rayo láser de potencia

Sensado de campos magnéticos en las pistas por su efecto en un rayo láser

MO (lectura y escritura)

 

Por efecto térmico de un rayo láser de potencia se modifica el estado cristalino de un material

Sensado por rayo láser del estado cristalino del material de las pistas

CD-RW ó E (para lectura y escritura)

DVD-RAM, PD

3. ¿Cuáles son las propiedades y funciones de los discos magnéticos?

Un disco magnético (rígido o flexible) es sinónimo de soporte de almacenamiento externo, complemento auxiliar de la memoria principal RAM de una computadora (memoria electrónica interna de capacidad limitada, un millón de veces más rápida de acceder que un disco, pero volátil).

     

  1. Tiene capacidad para almacenar masivamente grandes cantidades de información en reducidos espacios con el consiguiente bajo costo relativo por byte almacenado.
  2. Es memoria "no volátil": guarda largo tiempo los bits almacenados aunque se retire el suministro de energía eléctrica, propiedad que la memoria principal carece.
  3. Permite acceder en pocos segundos, casi directamente, al lugar donde se halla un bloque de datos a leer o escribir, sin necesidad de búsqueda en todos los bloques de datos que le preceden, como ocurre en una cinta magnética.

     

La información residente en un disco está agrupada y clasificada constituyendo archivos o ficheros ('files"), como quiera llamarse, identificables por su nombre. Un archivo puede contener datos o programas.

Con la tecnología actual de los sistemas de computación, gran parte de los procesos de Entrada y Salida de datos tienen como origen y destino los discos magnéticos (figura 2.1). Esto se manifiesta en que:

     

  • La mayoría de los programas están almacenados en disco, constituyendo archivos "ejecutables". Cuando se necesita un programa, una copia de éste pasa a memoria principal, para ser ejecutado.
  • Generalmente pasa de disco a memoria una copia del archivo de datos que procesará un programa. Los resultados obtenidos van de memoria a disco, formando parte de dicho archivo o de otro.
  • El disco sirve también para simular una "memoria virtual", de mucho mayor capacidad que la memoria principal existente.

     

Comúnmente, los disquetes son usados para copias de resguardo ('backup"), y para transportar archivos de programas o de datos.

Los discos rígidos y disquetes so medios de almacenamiento externos. Para ser leídos o escritos deben insertarse en el periférico "unidad de disco"' ("disk drive") que para los disquetes se denomina "disquetera".

4. ¿Qué es un disco magnético, y cómo se escribe o lee cada bit de un sector?

Un disco (sea flexible o duro) sirve de soporte para archivos de información. Almacena los bytes de estos archivos en uno o varios sectore de pistas circulares (figura 2.2). Ellas son anillos concéntricos separados lo menos posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas de una fina capa superficial de material magnetizable (figura 2.4). Este es del tipo usado en las cintas de audio, siendo que las partículas ferromagnéticas que lo componen conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que las magnetizó.

El cuerpo del disco así recubierto en sus dos caras, está constituido: en los disquetes por mylard (flexible), y en los discos rígidos por aluminio o cristal cerámico.

La estructura física de un disco, con sus pistas y sectores se indica en las figuras 2.2 y 2.3. Estas pistas, invisibles, se crean durante el "formateo". Este proceso consiste en grabar (escribir) magnéticamente los sucesivos sectores que componen cada una de las pistas de un disco o disquete, quedando así ellas magnetizadas.

Luego del formateo, en cada sector quedan grabados los campos que lo constituyen (figura 2.11), entre los cuales se halla el que permite identificar un sector mediante una serie de números, y el campo de 512 bytes reservado para datos a grabar o regrabar, lo cual tiene lugar cada vez que se ordena escribir dicho sector.

La grabación se logra (figura 2.4) -como en un grabador de audio- por la acción de un campo magnético de polaridad reversible (N-S ó S-N), que imanta la pista al actuar dicho campo sobre ella, al salir a través de un corte ("entrehierro") realizado en un diminuto núcleo ferromagnético (núcleo hoy suplantado por una película delgada inductiva). El ancho de este núcleo determina del ancho de la pista (0,1 mm o menos).

Una bobina de alambre arrollada sobre este núcleo genera dicho campo magnético, al circular por ella una corriente eléctrica. El núcleo ferromagnético y la bobina constituyen una cabeza (head). Todas las pistas de una cara de un disco son escritas o leídas por una misma cabeza, portada por un brazo móvil. La cabeza queda inmóvil sobre la pista a escribir o leer, mientras el disco gira frente a ella', según se verá.

Como muestran las figuras 2.4 y 2.6 existe una cabeza para cada cara de un disco. Los brazos que las soportan se mueven juntos. 0 sea, que si la cabeza de la cara superior está sobre una cierta pista, la otra cabeza estará en una pista de la cara inferior, teniendo siempre ambas pistas el mismo radio (una está sobre la otra separadas por el espesor del disco).

Sólo una cabeza puede estar activada por vez, para leer o escribir sectores de la cara que le corresponde.

En una escritura, a la cabeza seleccionada -muy próxima o tocando la superficie del disco- le llega del exterior -por dos cables- una señal eléctrica que presenta dos niveles de tensión eléctrica (figuras 2.4 y 2.5).

Con el nivel bajo de tensión se produce una circulación de corriente isn por la bobina que envuelve la pieza, con lo cual ésta se convierte en un poderoso imán, con sus extremos con un polo sur (S) y otro norte (N).

El campo magnético que sale del entrehierro magnetiza y orienta partículas de óxido de hierro de la superficie del disco o disquete, que pasan frente al entrehierro al girar el disco, convirtiéndolas en microscópicos imanes. Así, durante el tiempo que la señal eléctrica citada está en el nivel bajo, se genera -en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza- un conjunto de pequeños imanes igualmente polarizados y orientados, cuyo efecto sumado equivale a la existencia de un imán permanente en la superficie de ese tramo de pista.

El campo magnético de este imán así creado por la cabeza se manifestará sobre esa superficie magnetizada, superficie que es circular por estar fija la cabeza y girar el disco.

Cuando la señal que excita la cabeza cambia del nivel bajo al alto, se invierte rápidamente el sentido de la corriente (ins) que circula por la bobina, por lo cual cambia la polaridad magnética en los extremos del núcleo (de SN a NS). Ahora, mientras dure esta polaridad (el tiempo que la señal está alta), se generan pequeños imanes en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza, pero de polaridad contraria a los generados cuando la ~ estaba baja. El efecto de los mismos equivale a un imán superficial en ese tramo siguiente de la pista, cuya polaridad es opuesta a la del imán superficial formado en el tramo anterior.

De esta forma, en la escritura de un disco, en concordancia con cada cambio de nivel de la señal eléctrica binaria que actúa sobre la bobina, cambia de dirección la corriente que circula por ella, resultando una sucesión de imanes permanentes (conformados a su vez por muchos imanes microscópicos) sobre la superficie de la pista que se escribe, siendo cada porción así imanada de polaridad contraria a la que le sigue.

Como se verá al tratar la codificación RLL (figura 2.26), cada uno de estos cambios codifica un uno que se almacena en la pista, y la cantidad de ceros que le siguen depende de la duración del nivel.

En síntesis: en una escritura, luego que el material ferromagnético de una cara pasa frente a la cabeza magnetizante quedan formados una sucesión de imanes superficiales, los cuales conforman una pista circular, por estar la cabeza fija, y girar la superficie del disco. Los campos magnéticos de estos imanes se manifestarán en la superficie de la pista, codificando unos y ceros.

Ninguna porción de una pista puede quedar sin magnetizar: forma parte de un imán NS o SN. Esto también asegura, en una regrabación, el borrado de la información grabada anteriormente sobre una pista.

Si se re escribe un sector no es necesario realizar un paso intermedio de borrar la información antes escrita. La nueva escritura borra la anterior, igual que en un grabador de audio o video.

Durante una lectura, la misma cabeza -en un proceso inverso al de grabación- sensará los campos magnéticos sobre la superficie de la pista accedida, para detectar cada cambio de polarización cuando pasa de una porción de una pista polarizada N-S a la siguiente, polarizada S-N, o sea cuando se encuentran enfrentados dos polos norte o sur. Estos cambios originarán corrientes en la bobina, que aparecerán como breves impulsos eléctricos en los dos cables de la bobina que salen desde la cabeza. Puesto que cada uno de estos impulsos implica una inversión del campo magnético de la pista, y que estos cambios fueron producidos en la escritura cuando cambiaba el nivel de la señal eléctrica que actuaba sobre la bobina (figura 2.5), se puede reconstruir esta señal. Así es factible determinar (leer) los unos y ceros que dieron lugar a los cambios de nivel, según la codificación (MFM o RLL) empleada.

Esta operación es "no destructiva": pueden obtenerse copias de los datos guardados sin que éstos se alteren.

Las cabezas (dos por plato) están sobre una misma vertical, constituyendo el "cabezal", y son portadas por brazos de una "armadura" que las desplaza juntas entre platos cuando pasan de una posición (pista) a otra.

Cuando se almacena un archivo, los datos son grabados magnéticamente en sectores de las pistas, en el campo para 512 bytes reservado en cada sector durante el "formateo", como se describirá. La cabeza que graba estos campos podrá luego volver a recorrerles, para leer las señales magnéticas que grabó en ellos, que representan la información almacenada.

Para comprender cómo se generan dichas pistas en un disco o disquete, podemos imaginar o realizar el siguiente experimento. Sobre el plato de un tocadiscos colocamos una cartulina de su mismo tamaño y lo hacemos girar. Luego tomamos un lápiz mecánico y apoyamos suavemente la punta de su mina sobre la cartulina, manteniendo inmóvil la mano. Entonces, sobre la cartulina se generará tina circunferencia visible. Si después, mientras gira el plato, sobre un punto de dicha circunferencia colocamos fija la punta del lápiz, pero sin la mina, por debajo del lápiz pasarán los puntos de la circunferencia antes generada. Esto equivale a un sensado ("lectura') de dicha circunferencia.

Igualmente, mientras una cabeza escribe, permanece inmóvil en un punto (lo mismo si lee), generándose una pista circular en la cara del disco que gira debajo' de ella, a la par que deja señales magnéticas detestables en porciones de la misma que grabó. El radio de la pista es igual a la distancia de la cabeza al centro del disco.

También, cuando se graba una cinta de audio, la cabeza está fija, y describe una pista rectilínea, dado que en este caso el medio magnético se mueve de igual modo.

Así como en una cinta de audio pueden grabarse dos o cuatro pistas paralelas, en un disco es factible generar muchas pistas concéntricas separadas (de a una por vez).

5. ¿Qué se denomina cilindro en la organización física de un disco o disquete?

En primera instancia, un disco o disquete guarda los datos en sus caras; las caras se componen de pistas, y éstas se dividen en sectores. Se verá cómo se consideran y numeran estos espacios, a fin de constituir una organización física de un disco o disquete, eficiente para ser accedida en el menor tiempo posible.

El hecho de que un disquete -o cada plato de un rígido- tenga dos caras, amen de duplicar su capacidad de almacenamiento, permite escribir o leer el doble de datos antes de desplazar el cabezal a la pista siguiente o a otra, accediendo a una cara y luego a la contraria. Así se puede escribir o leer más datos en menos tiempo.

Por moverse las dos cabezas, de una disquetera al unísono, y estar ambas sobre la misma vertical (figuras 2.4 y 2.7), si la cabeza de la cara superior se posiciona inmóvil a una cierta distancia del centro del disquete -sobre un punto de la pista a la que se quiere acceder- entonces, la otra cabeza se posicionará en la cara inferior, a igual distancia del centro. De esta forma es factible grabar primero la pista de la cara superior, y a continuación la pista de la cara inferior, sin mover el cabezal, siendo que las dos pistas están una sobre la otra, separadas por el espesor del disquete.

Lo mismo puede decirse para las dos caras de cada plato de un rígido (figura 2.8): si éste tiene más de dos cabezas (una por cada cara de cada plato). Ellas se mueven y posicionan juntas sobre una misma vertical. Si una cabeza cualquiera accede inmóvil a un punto de una pista de la cara que se lee o escribe, las restantes harán lo mismo en las otras caras. Al girar juntos los platos, los puntos que en cada cara pasan frente a la cabeza correspondiente pertenecerán a pistas concéntricas de igual radio.

En un rígido de dos platos (figura 2.8), y con 4 cabezas (para 4 caras), si una cabeza accede a una pista cualquiera (indicada 20), las 3 cabezas restantes del cabezal accederán necesariamente a pistas (indicadas 20) de igual radio, situadas en el espacio una sobre otra, pudiendo considerarse que dichas pistas forman parte de la superficie de un cilindro imaginario (designado 20), cuyo radio es el de esas pistas.

Si luego el cabezal se posiciona a otra distancia del centro del disco o disquete, accederá a otro cilindro imaginario del mismo (como ser el 22), pudiéndose escribir o leer cualquiera de las pistas de igual radio que lo constituyen; y si se quiere, primero una, para luego continuar con la otra u otras (en el caso del rígido).

Por lo tanto, cada vez que en un disco o disquete el cabezal se posiciona para acceder a una pista, accede a un "cilindro" imaginario que contiene pistas, una por cara. Entonces, una vez que la cabeza de una cara escribió o leyó todos los sectores de una pista de esa cara, se puede hacer lo mismo con las restantes pistas de dicho cilindro, sin que se mueva el cabezal.

La electrónica de la disquetera o unidad de disco rígido conmutará en un tiempo despreciable, de una cabeza a otra. Por ejemplo, una vez que el cabezal del disco rígido accedió al cilindro 20, luego de 4 vueltas puede leer o escribir todos los sectores de las 4 pistas de ese cilindro.

De esta forma, se ahorra tiempo de acceso en la escritura y lectura de archivos, en lugar de escribir todas las pistas de una cara, y luego todas las pistas de la otra u otras.

Conforme a lo descripto, cuando un cabezal se posiciona, accede a un conjunto de pistas de igual radio, (tantas como cabezas tenga el cabezal), que se consideran parte de la superficie de un cilindro imaginado. Entonces, cada cilindro de un disco o disquete está formado por todas las pistas de igual radio (una por cara), y contiene la información correspondiente a los sectores que componen dichas pistas, información a la que se puede acceder cuando el cabezal se posiciona en dicho cilindro.

Con esta visión planteada en las figuras 2.7 y 2.8, un disco o disquete serían un conjunto de cilindros -tantos como pistas por cara existan- metidos uno dentro de otro. Cada cilindro a su vez se compone de pistas de igual radio, tantas como caras (o sea cabezas) existan (2 y 4 en esas figuras); siendo que las pistas contienen sectores.

La cantidad de cilindros de un disco o disquete, se corresponde con el número de posiciones en las que se puede posicionar el cabezal. Este, como se dijo, desplaza al unísono todas las cabezas de escritura/lectura.

En las disqueteras, un motor "paso a paso" hace que el cabezal salte de un cilindro al siguiente, cuando se quiere pasar de una pista a la siguiente (o a cualquier otra) que está en la misma cara. Como se verá, en los rígidos el acceso de una pista a otra se lleva a cabo por un mecanismo más complejo que busca la pista.

Corrientemente suele hablarse de pista en lugar de cilindro, pensando en una sola cara, aunque cilindro implica una concepción espacial más completa, en especial en lo referente a los todos los sectores de las patas de un cilindro, los cuales pueden escribirse o leerse uno tras otro sin la pérdida de tiempo que significa el movimiento del cabezal.

Por lo tanto, un disquete de 3 ½" pulgadas de 80 pistas por cara, tiene 80 cilindros de dos pistas cada uno. Estos cilindros se enumeran de 0 a 79, desde el exterior hacia el centro.

El número que identifica a un cilindro permite localizar todas las pistas que lo constituyen. Por ejemplo, el cilindro número 20 sirve para localizar en la figura 2.7 las 2 pistas número 20 que pueden escribir o leer las 2 cabezas del cabezal, ubicadas en ambas caras del disquete.'

Entonces si se quiere ser riguroso, en relación con una cara de un disquete (figura 2.7) en lugar de decir por ejemplo "pista 20" debe decirse "pista del cilindro 20"; y con más precisión, si se trata de la cara superior, o cara 0, se debe indicar "cilindro 20, cabeza (head) 0".

También puede aparecer como "cilindro 20, pista 0", aunque parezca mejor indicar "pista 20 de la cara 0".

A su vez, la pista que está debajo de ésta, en la cara inferior, o cara 1, es la "pista 1 del cilindro 20", identificable como "cilindro 20, cabeza 1".

El sector 15 de esta pista se identifica como "cilindro 20, cabeza 1, sector 15".

En una unidad de disco rígido con varios platos (figura 2.8), la cabeza (cara) superior del plato más alto se designa 0, la inferior del mismo plato con el número 1; luego siguen las 2 y 3 del plato siguiente, etc. El cilindro de número 20 sirve para localizar cualquiera de las 4 pistas de número 20, correspondientes a las 4 caras (cabezas) de los 2 platos, siendo que cada una se diferencia por el número (0,1, 2, ó 3) de la cabeza que accede a la misma. Se indica en esa figura la forma de direccionar 4 sectores de número 15 pertenecientes a cada una de esas pistas. Así, un sector se indica "cilindro 20, cabeza (head) 3, sector 15", ó "cilindro 2, pista 3, sector 15".

Los cilindros de discos o disquetes se enumeran desde 0 (el de mayor radio, el más exterior) en forma creciente hacia el interior, correspondiendo el número mayor a más interno.

Suponiendo que todos los sectores de las pistas de un cilindro se leen (o escriben) en forma secuencias, o sea por orden numérico creciente, primero el controlador ordena a la cabeza de la cara 0 de dicho cilindro acceder a cada uno de los sectores de dicha pista. Luego ordena que la cabeza de la cara 1 del mismo cilindro acceda a los sectores de esta pista, y así sucesivamente sin que el cabezal se mueva, cada cabeza activada lee (o escribe) los sectores de la pista que desfilan frente a ella en la cara.

Según lo tratado, en definitiva, en disquetes y discos la información se organiza físicamente como sigue:

     

  • La menor unidad de almacenamiento que se puede escribir o leer en forma independiente es el sector', que agrupa 512 bytes (para el DOS y otros sistemas operativos).
  • Un cierto número de sectores -accesibles sin variar la posición de una cabeza- conforma una pista Un número dado de pistas -accesibles sin variar la posición del cabezal en las caras de un disco o platos de un disco rígido- constituyen un cilindro.
  • Tres números deben usarse para escribir o leer datos: número de cilindro, número de cabeza (head), y número de sector. En inglés corresponden a las siglas CHS.

     

6. ¿De qué depende la cantidad de bytes que puede almacenar un disquete o un disco magnético?

Todas las pistas de un disquete guardan la misma cantidad de bits y tienen igual número de sectores (figura 2.3), como se ha querido hacer notar, por lo que en las pistas más internas los bits están más "apretados" que en las de mayor radio, o sea que en las internas se tiene una mayor densidad de bits grabados por pulgada de pista (bits per inch = bpi). No ocurre lo mismo en los discos rígidos actuales, como se tratará.

La densidad depende del tipo de material magnetizable de las caras, del ancho del entrehierro de las cabezas, y de la técnica de codificación de bits empleada para grabar (MFM, RLL, o ARLL, a desarrollar).

Una pista grabada en una viejo disquete de 5 ¼" con dos caras ("sides") y doble densidad (indicado 2S/2D), puede tener por pista 9 sectores de 512 Bytes. O sea que se tendrá 512 x 9 = 4608 Bytes/pista.

Además de la cantidad de sectores por pista, en el cálculo de la capacidad de un disco interviene el número total de pistas (cilindros) que tiene en cada cara. Para el disquete en cuestión este número es 40 pistas por cara. Entonces, la capacidad de almacenamiento por cara será 4608 x 40 = 184.320 Bytes. Puesto que se usan las dos caras, la capacidad total de estos disquetes era de 184.320 x 2 = 368.640 Bytes = 360 KB.

El número de pistas (cilindros) por cara depende de la cantidad de pistas ("tracks") que puedan grabarse por pulgada ("tracks per inch" = tpi) o centímetro, medidas en sentido radial (figura 2.9). En el disquete analizado la densidad de pistas es de 48 tpi.

Por lo tanto, en el cálculo de la capacidad total de almacenamiento de un disco magnético intervienen:

     

  1. De la densidad lineal de cada pista (indicada en bpi), la cual determina el número de sectores de una determinada longitud que existirán por pista. Para el DOS esta longitud debe ser de 512 bytes.
  2. De la densidad radial de pistas (indicada en tpi), que define el total de pistas (cilindros) por cara.

Son corrientes los disquetes de 5 ¼" en los que el material magnético admite en cada pista el doble de bits por inch que los de] tipo 2S/2D citados. En éstos, una pista puede tener 15 sectores de 512 Bytes, o sea 15 x 5l2 = 7.680 Bytes por pista. Además poseen el doble de densidad radial de pistas: 96 tpi, resultando concretamente 80 pistas por cara. Se conocen como 2S/HD, o sea dos caras y alta densidad ("high density"). Resulta así 7680 x 80 = 614.400 Bytes por cara, y para las dos caras un total de:

614.400 x 2 = 1.228.800 Bytes = 1,2 Megabytes (MB)'

Estos son los disquetes de 5 ¼" que aún se siguen usando.

Los disquetes de 3 ½" contienen cobalto en el material magnético. Los primeros fueron del tipo 2DD (dos caras y doble densidad), con 9 sectores/pista, o sea 512x9 = 4608 Bytes/pista. Tenían 135 tpi, por lo cual son posibles 80 pistas/cara.

Entonces resultaban: 4608 x 80 = 368.640 Bytes por cara; y en total 368.640 x 2 = 737.280 Bytes = 720 KB.

En 3 ½" se popularizaron los del tipo 2HD, de alta densidad, también de 135 tpi, (80 pistas) pero de 18 sectores por pista. La capacidad total será el doble que el anterior: 18 x 512 x 80 x 2 = 1.474560 Bytes = 1,44 MB.

Igual método de cálculo se aplica a discos rígidos. Así, un rígido de 8 platos, con 1024 pistas (cilindros) por cara, y 63 sectores (de 512 Bytes) por pista, tendrá una capacidad por cara de 63 x 512 x 1.024 = 33.030.144 Como tiene 8 platos = 16 caras, la capacidad neta total será: 33.030.144 x 16 = 520 MB.

Generalizando, la capacidad neta de un disco o disquete puede calcularse como:

Capacidad = Sectores por pista x Tamaño sector (Bytes ) x Pistas (cilindros) por cara x Nro de caras.

No es aconsejable forzar la capacidad máxima que admite cada tipo de disquete, so pena de que a mediano plazo pueda comenzar a perder datos almacenados.

Debe tenerse presente, que la capacidad que aparece indicada en discos rígidos es "bruta", no ocupable totalmente con archivos. Se pierde en promedio del orden de un 20%, puesto que en cada sector se deben escribir bits con el número que lo identifica, junto con información de control, amen de los bits de final e inicio que se usan para separar los sectores contiguos entre sí (figura 2.24). Vale decir, que dicha capacidad se refiere a un disco "virgen", sin formatear. Esto se ejemplifica en el pie de página anterior relacionado con el disquete 2S/2D de 1,2 MB, o sea el de 5 ¼".

7. ¿Qué significa que un disco o disquete es un medio de almacenamiento de acceso directo?

Tal denominación proviene del hecho de que el cabezal llega directamente a la pista (cilindro) deseada, sin búsquedas. Luego, con el disco girando, deben pasar bajo la cabeza activada los sectores que anteceden al sector buscado. Esto si bien implica una búsqueda secuencial, la misma es de corta duración, por el relativo pequeño número de sectores de una pista, y por la velocidad de giro del disco, como se detalla luego.

Si bien se trata de una búsqueda secuencias breve en comparación con la que debe hacerse en una cinta magnética para ubicar datos, de lo anterior resulta que en un disco magnético los datos de un sector son de acceso "casi - directo".

8. ¿Cómo se localiza un sector de un disco/disquete, y por qué se dice que es direccionable?

Durante una operación de E/S, el controlador de la unidad de disco o de la disquetera debe recibir tres números: el del cilindro que contiene la pista donde está ese sector, el de la cabeza (head) que accede a esa pista, y el número del sector dentro de la pista. Dichos números en inglés conforman un CHS.

En cada unidad existe una cabeza de lectura/escritura para cada cara de un disco. El controlador ordenará activar para escritura/lectura sólo la cabeza de la cara indicada, y dará la orden de posicionarla sobre el cilindro (pista) seleccionado, siendo que todas las cabezas avanzan al unísono.

Al comienzo de cada sector de un disco están escritos dichos tres números de CHS, formando un número compuesto, que es su "dirección", necesario para localizarlo, direccionarlo, como quiera decirse. Por este motivo se dice que un disco o disquete son dispositivos de memoria auxiliar direccionables.

9. ¿Qué son los tiempos de posicionamiento, latencia y acceso en un disco o disquete?

Para acceder a un sector que está en una cara de un disco, primero el cabezal debe trasladarse hasta el cilindro que contiene la pista donde se encuentra dicho sector, y luego debe esperarse que al girar el disco ese sector quede debajo de la cabeza. Por lo tanto, deben tener lugar dos tiempos:

     

  1. El brazo con la cabeza correspondiente a esa cara se sitúa en pocos milisegundos (tiempo "seek", de posicionamiento) directamente sobre el cilindro seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente a esa cara. Se considera un valor promedio para este tiempo. En la figura 2.10.a este tiempo es el necesario para que la cabeza pase de la pista 17 a la 4.
  2. Una vez que la cabeza se posicionó sobre dicha pista, los sectores de ésta desfilarán debajo de esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar aquél cuyo número coincida con el enviado a la controladora, en cuyo caso su campo de datos será escrito o leído.

     

El tiempo que dura esta búsqueda secuencial es el tiempo de latencia o demora rotacional (en promedio es el tiempo de media vuelta). Si el sector buscado estaba en la posición señalada con "X" (figura 2.10 a) cuando la cabeza llegó a la pista indicada, este tiempo es el que tarda en llegar hasta la cabeza, para comenzar a ser leído (figura 2.10 b).

La suma de estos dos tiempos promedio conforma el tiempo de acceso, o sea es el tiempo que transcurre desde que la controladora ordena al cabezal posicionarse sobre un cilindro, hasta que la cabeza indicada accede al sector buscado. La duración de este tiempo sólo depende del tipo de unidad de disco que se trate:

T acceso = t promedio posicionamiento + t promedio latencia

En un disquete -conforme a los valores estimados antes al pie de página- este tiempo será del orden de (70 + 100) mseg. = 170 mseg.

En un disco rígido es mucho menor: hoy es común tener 10 mseg de seek, y 7 mseg de latencia (a 4500 r.p.m.) en total 17 mseg. Existen discos que esos totales son menores.

Los fabricantes especifican el tiempo de posicionamiento en vez del promedio total. También suelen "fabricar" un tiempo de acceso que pondera la mejora electrónica obtenida por la acción de un caché de disco (a tratar), cuando se ordena leer una sucesión de sectores ubicados en una misma pista o cilindro, y suponen en forma optimista que esto ocurrirá en el 40% de los accesos ordenados.

10. ¿Qué son tiempo y velocidad de transferencia de datos?

Suponiendo una lectura, una vez que el sector requerido está frente a la cabeza activada -luego de transcurrir los tiempos de posicionamiento y de latencia- ella debe leer bit por bit dicho sector, pasando estos bits en serie hacia la electrónica, y luego hacia la interfaz del disco o disquete. El destino final de los bits que conforman el campo de datos de un sector, es la zona de memoria principal (buffer) reservada para esos datos. A esta zona esos bits leídos llegan en paralelo (de 16 ó 32 por vez) a través del bus que une la interfaz con la memoria principal.

Sea un disco de 32 sectores por pista, que gira a 3.600 r.p.m. = 60 r.p.seg. » 1 revolución/ 16 mseg.

Un sector cualquiera de los 32 de una pista será recorrido por la cabeza en 1/32 de revolución, o sea en 16 mseg/32 = 0,5 mseg. Durante este tiempo de lectura, los bits del campo de datos (que forman 512 bytes) se van transfiriendo hacia la electrónica (IDE o SCSI) de la unidad de disco, a medida que la cabeza los va leyendo. O sea que durante dicho tiempo se están enviando a razón de 512/0,5 bytes/mseg. = 1024 bytes/mseg = 1.024.000 bytes/seg., casi 1 MB/seg.

Este valor constituye la velocidad de transferencia interna.

Inversamente, en una escritura del disco, a medida que frente a la cabeza seleccionada pasa el campo de datos del sector, la unidad (IDE ó SCSI) le debe enviar en serie los bits a escribir, los cuales fueron llegando a esta unidad (de a bytes) por el bus, desde memoria principal. Puesto que el disco gira a igual velocidad en lectura o escritura, el tiempo de escritura o lectura del campo de datos será el mismo, y por lo tanto también la velocidad de transferencia interna será igual en la escritura o lectura.

Como se planteó, estos MB/seg definen la velocidad de transferencia interna, que suele ser indicada como la "velocidad de transferencia" por los fabricantes de unidades de disco. Debe tomarse ésta como la velocidad con que una cabeza puede leer o escribir "al vuelo" los bits de un sector, siendo esta velocidad una medida de la velocidad máxima a la que se pueden transferir bits entre disco y memoria (o viceversa).

Esto es porque si consideramos el trayecto total que deben recorrer los datos en una operación de entrada (lectura de disco) o salida (escritura del mismo), no se puede dejar de lado el tiempo que insume su transferencia a través del bus (ISA, VESA o PCI) que comunica la porción central con el registro port de datos ubicado en la electrónica (como la ATA-IDE). Asimismo, importa la velocidad de respuesta de esta interfaz. Si ella o el bus no son lo suficiente rápidos, la velocidad real de transferencia de datos hacia o desde un disco a memoria puede ser bastante menor que la máxima citada.

La velocidad de transferencia interna será la velocidad de transferencia real sólo si a medida que la cabeza lee (o escribe) los datos de un sector, ellos se van transfiriendo hacia memoria (desde memoria) sin demoras. Conforme a lo anterior resulta que la velocidad de transferencia de un disco depende:

     

  • De la velocidad de transferencia interna de la unidad de disco (dependiente de la densidad, y las r.p.m.).
  • Del tiempo de respuesta de la interfaz controladora (EIDE, SCSI), y de la existencia de un caché en ella.
  • De la velocidad del bus al cual la interfaz se conecta (hoy día debe ser PCI).

     

El tiempo de transferencia entre disco y memoria se halla dividiendo los bytes de un sector (512), por la velocidad de transferencia, y es por lo menos lo que tarda la cabeza en pasar por la zona de datos del sector.

Un disquete de 3 ½" y 1,44 MB, 80 cilindros y 18 sectores por pista gira a 300 r.p.m. o sea 200 mseg por vuelta (como se calculó). Por lo tanto, un sector será recorrido en (200/18) mseg = 11 mseg. La velocidad de transferencia interna será: 512 Bytes/11 mseg = 50 KB/seg. que también será la velocidad de transferencia puesto que aunque la controladora esté conectada a un bus ISA, este permite hasta 8 MB/seg. (máximo).

En general, a igualdad de velocidad de giro, si se aumenta la densidad lineal (número de bits por cm de pista) se transferirán más bits por segundo. Hoy día esta densidad va en aumento en los nuevos modelos de discos rígidos, dado que con los actuales tipos de cabeza desarrollados se pueden grabar y detectar más bits por cm de pista, por lo que cada vez resultan mayores velocidades de transferencia interna de bits. Esto debe tener como correlato interfaces (IDE o SCSI) que tengan listos rápidamente los datos a escribir o los leídos en un disco, y buses, con un ancho de banda apto para soportar tales velocidades de transferencia entre la interfaz y memoria.

También en muchos casos se ha aumentado la velocidad de giro de los rígidos, lo cual a su vez trae aparejado una mayor velocidad de transferencia.

Teniendo en cuenta los tiempos descriptos, el tiempo total de entrada/salida que se tarda en atender una orden de lectura (o escritura) que llegó al controlador de la unidad de disco será:

T E/S = t posicionamiento + t latencia + t transferencia

Se trata que este tiempo sea lo más corto posible, pues la escritura y lectura de archivos en disco (rígido) es una actividad frecuente en un sistema de computación.

11. ¿Cómo están construidos, protegidos, y se accede a los discos flexibles?

Un disco flexible o "disquete" o "floppy", como quiera llamarse, consiste en un disco de material plástico tipo mylard, cubierto con una capa de material magnetizable en ambas caras (figura 2.4). Está contenido en un sobre que sirve para protegerlo del polvo, rayaduras, huellas digitales y golpes (figuras 2.18 y 2.19).

Los disquetes son removibles de la disquetera (designadas A ó B) en la que están insertados.

Cuando un disquete se introduce en una disquetera, puede ser accedido en cualquiera de las dos- caras por la correspondiente cabeza, pero una sola cara será leída o escrita por vez. Mientras no se dé una orden de escritura o lectura, el disquete no gira, y las cabezas no tocan sus caras. Si tal orden ocurre, luego de una espera de casi medio segundo, para que tome velocidad, el disco gira (a razón de 300 r.p.m. en el interior del "sobre" protector, con la consiguiente elevación de temperatura). Sólo gira mientras lee o escribe, rozando entonces cada cabeza la pista accedida. Esto, sumado a las partículas de polvo siempre presentes, hace que la vida útil de un disco flexible común sea corta en comparación con la de un disco rígido.' La flexibilidad de un disquete ayuda a que no sea afectado cuando las cabezas tocan sus caras. Se estima que la información almacenada en un disquete puede mantenerse con seguridad en el mismo durante 3 ó 4 años, siendo conveniente re-escribirla una vez por año, pues la magnetización de las pistas se va debilitando con el tiempo.

Un disquete no debe exponerse al calor, campos magnéticos (de transformadores, fotocopiadoras, teléfono, monitor), ni ser doblado. Las etiquetas deben escribirse antes de ser adheridas.

Los disquetes de 5 ¼ pulgadas conocidos como "floppys" (figura 2.18) están contenidos en un sobre cuyo interior está recubierto por una capa de teflón para disminuir los efectos del rozamiento.

El sobre presenta aberturas para distintos fines. Las aberturas de lectura/ escritura permiten que, dentro de la disquetera, la cabeza correspondiente a cada cara pueda acceder a cualquier pista de la misma. El agujero central servirá para que en la disquetera un eje ("spindle") lo tome y haga girar. Si se cubre con cinta adhesiva la muesca de protección contra escritura, no podrán grabarse nuevos datos en los archivos almacenados por accidente o error. En estas condiciones el disquete sólo puede ser leído.

Al girar un disquete, cada vez que coincide un agujero existente en el mismo con otro agujero "índice" del sobre, es indicación de comienzo de cualquier pista que se quiera escribir o leer.

Existen distintos tipos de discos de 5 ¼" de distinta capacidad, antes descriptos.

El disquete de 3 ½ pulgadas, (figura 2.19) está dentro de un sobre de plástico rígido que lo protege mejor del polvo, humo, etc. Este en su parte superior tiene un obturador de protección con resorte, que dentro de la disquetera de 3 ½" se abre, para que las dos cabezas accedan al disco flexible.

Estas mejoras hacen que los disquetes de 3 ½" duren más que los de 5 ¼". La protección contra escritura indebida se realiza con otro obturador de dos posiciones, deslizable por el usuario según indican dos flechas que vienen dibujadas en el plástico. Si el pequeño agujero cuadrado está abierto, el disquete está protegido; si se lo ve cerrado, el disquete podrá escribirse. En ambos casos siempre podrá leerse.

12. ¿Qué funciones cumple una unidad de disquetes ("Floppy Disk Drive")?

Anteriormente se hizo mención al posicionamiento de las cabezas sobre el cilindro al cual se quiere acceder (figuras 2.4 y 2.7) cuando el disquete está girando, y a las corrientes eléctricas que circulan en la cabeza que está escribiendo o leyendo (figura 2.5), etc.

Estas acciones básicas de la "unidad de disquete" o "disquetera" ("drive" A 0 B) sirven a su objetivo de escribir o leer una pequeña superficie (sector) del disquete inserto en este periférico (figura 2.21) Para tales acciones la disquetera presenta en esencia:

     

  • Mecanismos de sujección y eyección del sobre protector (con el botón frontal), y para desplazar la ventana de protección.
  • Motor para girar el disco.
  • Otro motor "paso a paso"', para hacer avanzar de pista en pista (de un cilindro al siguiente), a la armadura que porta las dos cabezas (ampliada más en detalle y abierta a la derecha de la figura 2.21). Las cabezas así se mueven en movimiento radial rectilíneo -hacia delante o atrás- hasta el cilindro seleccionado.
  • Sensores para detectar presencia de disquete, y si está protegido contra escritura en su cubierta.
  • Bus de conexión a su interfaz, conocida como "controladora".
  • Circuitos que constituyen la electrónica de este periférico, para accionar los elementos anteriores, conforme a las señales eléctricas que recibe de la controladora (interfaz) de las disqueteras (A y B), a través de conductores del bus de conexionado citado.

     

Las señales que llegan a la disquetera desde la interfaz (figura 2.21) ordenan, entre otras acciones:

     

  • Poner en marcha el motor de giro de la unidad seleccionada (sea la A ó B).
  • Posicionar (mediante el motor paso a paso) la armadura en un determinado cilindro del disquete.
  • Seleccionar cuál de las dos cabezas se activará.

     

A su vez por cables de dicho bus de conexión, la electrónica puede enviar hacia la interfaz señales, como:

     

  • Aviso de inicio de pista (cuando el agujero correspondiente del disquete coincide con el del sobre).
  • Aviso de escritura protegida.
  • Aviso que datos leídos son enviados a la interfaz.

     

Como resultado de estas señales, si todo está en orden, puede tener lugar la transferencia serie de bits leídos en un sector de un disquete hacia la interfaz (o en sentido contrario en una escritura de un sector) a través de uno de los cables del bus de conexionado citado.

13. Aspectos particulares de discos rigidos y unidades de disco rigido

Temas anteriores ponían de manifiesto características comunes de disquetes y discos rígidos. En lo que sigue se tratan aspectos propios de los rígidos.

Los discos magnéticos rígidos o duros difieren de los disquetes por su gran capacidad de almacena miento, por la mayor rapidez con que se accede a los datos, y por la mayor velocidad con que se los transfiere desde o hacia la memoria. Ello es fruto de su mayor densidad superficial (más bits por pista y más pistas por centímetro radial), de su mayor velocidad de rotación, de un sistema más veloz de posicionamiento del cabezal, y de una controladora más inteligente.

Por ser de material duro, un rígido no presenta las deformaciones de un disquete y permite una mayor precisión en el acceso a cada pista. Al respecto, un servomecanismo permite ubicar y seguir cada pista, lo cual permite una mayor contabilidad, dada la proximidad entre las pistas contiguas.

El término "duro" ("hard disk" = HD) se refiere a que está constituido por platos rígidos de aluminio, o de vidrio con implante cerámico en el presente. Existen discos rígidos fijos como los que están en una caja hermética en el interior del gabinete de una PC, y también los hay removibles, los cuales son transportables. Las unidades de disco, según el tipo que sean, pueden contener uno o más discos (figura 2.6). Típicamente en una PC de escritorio son uno o dos platos, de un diámetro de 3 ½ pulgadas.

Por fabricarse los platos bajo normas estrictas, y variar muy poco de tamaño con la temperatura, el material magnético que los recubre permite 3000 tpi o más, a la par que 50.000 o más bytes por pista (o sea 100 ó más sectores por pista). También ha influido en esto la aplicación de magnetización perpendicular a la superficie de la capa magnetizable (figura 2.23), en lugar de la polarización de superficie (figura 2.5). Resulta así una elevada capacidad de almacenaje (500 MB - 1 GB o más) en uno o dos platos pequeños, y unidades compactas. Además, por la gran velocidad de giro, y por tener el cabezal movimiento rápido en discos de pequeño radio, se tiene comparativamente cortos tiempos de acceso. Más sectores por cilindro posibilitan que un archivo entre en un solo cilindro, para que el cabezal en lo posible no deba cambiar a otro cilindro, resultando más rápida la escritura y posteriores lecturas; a la par que reduce la fragmentación de archivos en varios cilindros, con la pérdida de tiempo que ello ocasiona.

Las cabezas "magneto-resistivas" (MR) basadas en una resistencia variable con el campo magnético del disco, no usan bobina, y permiten mayor densidad de grabación.

Los discos rígidos de las XT de la década del ‘80 al presente han aumentado su capacidad de 10 MB a 2 Gigas o más; y su velocidad de transferencia de 100 KB a 10 MB por seg. Han disminuido su tiempo de acceso, de casi 100 mseg a menos que 10 mseg. Su costo por MB almacenado pasó de U$S 150 a centavos de dólar.

La estructura en cilindros, pistas y sectores, así como la escritura o lectura de las mismas es similar a la de los disquetes, y de hecho se han tratado al describir los disquetes. Pero en los discos duros cada cabeza se sitúa a unas pocas millonésimas de milímetro (menos que el grosor de un cabello) por sobre la pista que recorre, sin rozarla. Así se evita el desgaste de la superficie del disco debido a la fricción de la cabeza. Cada cabeza flota como un navío catamarán en un colchón de aire producido por la gran velocidad de giro de los platos. Se reservan pistas de un cierto cilindro para estacionar las cabezas cuando el motor se detiene. Actualmente existen discos con cabezas de semicontacto, o de proximidad, que están en contacto con la superficie de la cara durante cortos tiempos, para sensar mejor variaciones de campos magnéticos.

En los discos, el "tiempo medio entre fallas (MTBF)" es una estimación estadística de cuánto en promedio durará antes de que falle. Por ejemplo, si MTBF = 87.600 horas implica que podría llegar a funcionar 10 años sin parar, libre de fallas que impidan su funcionamiento, aunque la garantía de devolución por este tipo de fallas, es típicamente de un año; siendo además que un disco se puede volver obsoleto en 2 ó 3 años.

El hecho de que un rígido esté contenido en una caja cerrada y sobrepresurizada, evita en gran medida que queden partículas abrasivas de suciedad entre una cabeza y una cara, que reducen su vida útil.

Otra diferencia con las disqueteras, es que los platos de un rígido deben girar sin parar mientras el disco está en uso, aunque no se lean o escriban archivos. Puesto que las cabezas no tocan las caras, no hay problemas de desgaste, y tampoco se pierde tiempo hasta que los platos alcancen la velocidad de rotación requerida.

En un disco con varios platos, la forma de numerar los cilindros y caras es similar a la descripta antes para un disquete. Igualmente como en éste, las cabezas de escritura/lectura se mueven al unísono, y sólo se puede escribir o leer una pista de una cara por vez, seleccionando la cabeza correspondiente a esa cara.'

También existen diferencias entre rígidos y disquetes en relación con ciertos campos de las pistas y sectores, aunque en esencia la organización de cilindros, pistas y sectores se conserva.

En el presente, los siguientes parámetros sirven para comparar y decidir el tipo de disco a usar:

     

  • Capacidad de almacenamiento
  • Fabricante
  • Tipo de unidad (IDE, SCSI)
  • Tiempo promedio de posicionamiento de una pista a otra al azar
  • Velocidad de transferencia
  • Revoluciones por minuto (la latencia a 7200 r.p.m. dura la mitad que a 3600 r.p.m.)
  • Tamaño y performance del caché para disco incorporado a la unidad
  • Costo por MB almacenado

14. ¿Qué significa que un disco está muy fragmentado?

El DOS va llenando un disco con archivos, intentando ocupar sectores sucesivos de un mismo cilindro, aunque "no sabe" si esto ocurre realmente, o si un archivo está parte en un cilindro y parte en el siguiente, dado que el DOS ignora que un disco tiene cilindros y pistas, como se explicó antes.

Esto trae aparejado más demoras en la lectura y escritura de archivos, las cuales se incrementan si un archivo está distribuido en varios cilindros distintos (pues el cabezal debe realizar muchos movimientos de posicionamiento para ir de un cilindro a otro). Asimismo, una vez que un disco fue escrito hasta el final, el DOS amplía archivos en sectores que fueron dejados libres por haberse borrado en forma total o parcial otros archivos.

Resulta así una distribución azarosa de porciones de archivos por distintos cilindros, conocida como "fragmentación" externa. Esta tiene lugar al cabo de cierto tiempo, cuando se guardan, borran, y vuelven a escribir archivos, e inevitablemente cuando un disco está por colmar su capacidad. En definitiva, el DOS fue pensado para aprovechar al máximo la capacidad de un disco, dejando en segundo lugar la optimización del tiempo de lectura de los archivos.

Si un disco está muy fragmentado, cuando se debe leer un archivo se pierde mucho tiempo, pues el cabezal debe ir de un cilindro a otro donde están grabados sectores de dicho archivo.

Esto no ocurre si todos los sectores de un archivo están en un mismo cilindro. Para lograr esta distribución con todos los archivos de un disco, se recurre a un programa para "desfragmentar", cuando se nota que un disco duro se ha vuelto muy lento.

15. ¿Cómo están en el presente organizados físicamente los sectores en las pistas de los discos rígidos?

La organización de la figura 2.3 con igual número de sectores en cada pista, desperdicia capacidad de almacenamiento, pues las pistas exteriores podrían tener más que el doble de sectores que las más internas, de menor radio. La mayor densidad de bits de éstas (bpi) determina y limita el número de sectores que tendrán otras pistas más alejadas del centro.

En la mayoría de las unidades de disco actuales (tipo IDE o SCSI) se emplea igual densidad de grabación en todas las pistas (constant density recording = CDR), y "grabación zonal" ("zone recording'), que consiste en formar desde el centro del disco hacia afuera, varias zonas de cilindros, cada una con más sectores por pista que la mas interna anterior. Así se logra hasta un 50%, más de capacidad que con la otra disposición.

16. En un disco rígido actual, ¿cómo localiza el cabezal más rápidamente un cilindro?

Hoy día las unidades de disco rígido de más de 80 MB, no usan como las disqueteras un motor paso a paso para ubicar el cabezal en cada pista de un cilindro. El cabezal (figura 2.10.a) no avanza en línea recta, sino que gira alrededor de un eje, como el brazo de los tocadiscos con púa. La armadura se mueve de forma parecida al de la bobina de un parlante ("voice coil" identifica este sistema de posicionamiento). Sobre la armadura se tiene una bobina, la cual está sometida a un fuerte campo magnético creado por un imán permanente que está fijo fuera de la armadura. Cuando el sistema de control envía una determinada corriente por la bobina, ésta también genera un pequeño campo magnético, que al accionar con el campo existente, creado por el imán permanente, hace mover bobina, y por ende la armadura hasta la pista (cilindro) seleccionada. Si la cabeza no se encuentra justo sobre dicha pista, tiene lugar un ajuste fino automático de su posición, merced a la existencia de información extra de servocontrol escrita (servowriter) antes de cada sector o en una cara de un plato dedicada a esa información, donde no se almacenan archivos. Si estas señales al ser sensadas no tienen la amplitud suficiente, la controladora varía la corriente de la bobina hasta que el cabezal esté justo sobre la pista. Esto permite la localización exacta de cada pista, con independencia de cualquier variación de las dimensiones de los platos por la temperatura. Resulta así que las cabezas hacen un "seguimiento" de las pistas, de donde deviene su denominación "track following system". A tal efecto el sistema realiza en forma automática periódicas autocalibraciones (cada 5 ó 25 minutos) con los discos girando, actualizando datos sobre variaciones en la memoria de la controladora IDE o SCSI.

Cuando la unidad de disco se apaga, el cabezal se estaciona automáticamente (automatic head parking) fuera de las pistas con datos, merced a que un resorte lleva la armadura a una posición fija, que el campo del imán permanente ayuda a mantener. Al encender el equipo, la fuerza que se origina al circular corriente por la bobina de la armadura (para posicionar el cabezal) estira dicho resorte y mueve la misma.

17. ¿Qué funciones realiza una unidad de disco inteligente ATA-IDE o FAST ATA?

Unidades de discos rígidos anteriores, adecuadas al estándar ST506, requerían una interfaz - controladora cuya circuitería estaba en una plaqueta insertable en un zócalo ("slot"), con funciones análogas a las descriptas al tratar la interfaz - controladora de disquetera (figuras 2.22 a y b). Los discos con unos 30 MB de capacidad podían compartir una plaqueta con las unidades de disquetes; pero capacidades mayores requerían una plaqueta dedicada, que ocupaba un zócalo más.

Por las razones que se expondrán, fue necesario que la interfaz - controladora esté localizada junto a la unidad de disco rígido, integrada con la electrónica de este periférico (figuras 2.25), de donde provienen las siglas IDE de "integrated drive electronics". Las siglas ATA - AT Attachment son sinónimas de IDE. Dadas las actuales capacidades de los discos rígidos, y las velocidades de acceso y de transferencia de una unidad de disco rígido (drive), se requiere que la electrónica ligada a ella sea "inteligente", conteniendo un microcontrolador, con un programa en su ROM, y una RAM veloz para buffer del periférico.

El microcontrolador maneja los sistemas con servowriter citados anteriormente, corrige sobre la marcha errores de lectura de un sector, maneja un caché de disco, simula hacia el exterior un disco compatible con el sistema operativo y BIOS existentes, y realiza rápidamente otras tareas complejas. También incluye la mayoría de las funciones de la interfaz controladora descriptas anteriormente para la unidad de disquetes. La proximidad física entre la interfaz y las cabezas evita retardos e interferencias (ruidos eléctricos) en la lectura o escritura, que se produciría si se quiere transmitir a gran velocidad información entre la electrónica de la unidad de disco y una interfaz más alejada, como la existente para una unidad ST506.

Una unidad IDE es una buena solución de compromiso entre velocidad y costo para sistemas monotarea corrientes. No requiere de una plaqueta interfaz especial en la "mother" como la SCSI. Acorde con lo anterior, la electrónica de una unidad "inteligente" de disco IDE incorpora funciones tratadas en la interfaz - controladora de disquetera, en particular en lo concerniente a la existencia de registros direccionables ("ports") para enviarle un block de comandos y para recabar el estado de la unidad' mediante la ejecución de subrutinas del BIOS. El microcontrolador de la unidad de disco detecta y lleva a cabo estos comandos (del tipo posicionar las cabezas en un cilindro, leer o escribir un sector, etc.) mediante la ejecución de instrucciones contenidas en su ROM.

Como se anticipó, debido a las limitaciones en la velocidad de los buses, a fin de lograr una mayor velocidad de transferencia de datos entre memoria principal y el port de datos o viceversa, ésta no se hace por ADM, sino por AIM, a través del registro AX, opción conocida como Programmed Input/Output (PIO). Para tal fin, se deben ejecutar instrucciones de subrutinas del BIOS.

En relación con el port de datos, en la electrónica de la unidad existe un "sector buffer", o sea un buffer con capacidad para un sector del disco, para dar tiempo a la corrección de datos leídos, que realiza el microcontrolador, usando el área ECC del sector (figura 2.24). Sólo si los datos son correctos, se realiza la transferencia hacia memoria, para lo cual la circuitería que cumple funciones de interfaz controladora activa una línea IRQ, para que una subrutina -mediante AIM sucesivos de 2 bytes (hoy pueden ser 4 bytes)- pase los 512 bytes de datos.

Según se planteó, luego de acceder al disco para leer un sector solicitado, y sin que se mueva el cabezal, se van leyendo los siguientes sectores de la pista o cilindro (pues es probable que luego se solicita su lectura), los cuales pasan al cache de disco, constituido por una memoria DRAM manejada por el microcontrolador. Si se ordena escribir un sector, por sucesivos AIM llegan desde memoria al "sector buffer" 512 bytes para ser escritos, a través del port de datos citado. En caso que se envíen datos para ser escritos en sectores sucesivos, los mismos pueden guardarse transitoriamente en el caché citado.

Una unidad IDE realiza funciones de interfaz (figuras 2.25), siendo conectada a las líneas de datos, direcciones e IRQ del bus, mediante un cable plano terminado en un conector con agujeros para 40 terminales, para conectarse a igual número de "agujas" ("pines") vinculadas a chips de adaptación al bus ("host adapter"). Dichas "agujas" pueden estar en la plaqueta "multifunción" que también contiene la controladora de disquetera, citada al tratar ésta, o en la "mother", según sea el modelo de esta última.

El bus ISA, tratado en la Unidad 1, puede enviar como máximo menos de 8 Mbytes/seg. en grupos de 2 bytes, lo cual no es apto para las unidades IDE actuales, pues limita la velocidad de transferencia. Hoy día pueden transferirse grupos de 4 bytes.

Esta velocidad puede aumentarse si se conecta un drive IDE preparado para un bus como el PCI, a la "mother" directamente, o usando la plaqueta "multifunción" para dicho bus. La electrónica IDE se presenta ante la ROM BIOS como una unidad ST-506 normalizada, y permite operar más de un disco rígido.

Mas en detalle (figura 2.25.a), a la electrónica IDE le llegan comandos, que ordenan leer o escribir un sector, del cual se indican sus números de CHS. Merced a la ejecución de subrutinas del BIOS estos comandos que estaban en memoria principal, pasan al registro AX de la UCP, y de éste a los registros "ports de comandos" de la interfaz IDE, a través del bus de datos que llega a ésta.

La electrónica IDE, después de recibir estos comandos realiza las siguiente acciones (figura 2.25.b):

     

  • Traduce dichos comandos en señales para que el cabezal se posicione en el cilindro elegido; y que luego la pista correspondiente a la cabeza seleccionada sea leída por ésta hasta encontrar el sector buscado.
  • La cabeza lee el número identificatorio de cada sector que encuentra en la pista que va leyendo, el cual es transmitido a la electrónica IDE, para determinar si es o no el comienzo del sector buscado, a fin de escribir o leer -según sea la orden- los datos en la zona correspondiente del sector buscado.
  • Si es una orden de lectura, todos los bits del sector son leídos en serie por la cabeza. A medida que son leídos se realiza la verificación ECC (semejante a la CRC) y pasan al sector buffer de la electrónica, para ser corregidos de ser necesario.
  • En caso de que dicha lectura sea correcta, la sección interfaz de la electrónica activa su línea IRQ del bus, para que la UCP interrumpa el programa en ejecución, y ejecute una subrutina del BIOS para hacer AIM, de modo de ir sacando del sector buffer los datos.

     

La ejecución de esta subrutina permite que por sucesivos AIM, los datos del sector buffer se transfieran (de a 2 bytes) a la zona buffer de memoria principal a través del bus, direccionando el port de datos.

     

  • De manera inversa, luego de una orden de escritura, los bytes a escribir en el sector van llegando (de a dos) por el bus (desde la memoria) al port de datos, y de éste al sector buffer, luego de lo cual se activa la línea IRQ. Luego los bits pasan en serie hacia la cabeza, para que los escriba en el sector.
  • A medida que escribe o lee los bits de un sector, realiza el cálculo del ECC (figura 2.24), cuyo valor graba a continuación de la zona de datos en una escritura.
  • Realiza en una lectura o escritura, el manejo y control de errores, codificando en un registro port el tipo de error ocurrido.

En definitiva, subrutinas del BIOS al enviar comandos a los ports de la interfaz (IDE, SCSI u otra) dan origen a lecturas y escrituras en el disco, siendo que los tiempos de las señales involucradas están determinados por los circuitos de la interfaz Estos tiempos son más cortos en los últimos modelos.

El tiempo denominado "I/O read and write cycle time", es determinante de la velocidad de transferencia, siendo el mínimo lapso que puede mediar entre dos escrituras o lecturas sucesivas del registro port de datos de la interfaz ATA (IDE) de una unidad de disco rígido; registro que tiene un tamaño de 16 bits = 2 bytes.

Por ejemplo, de los 5 modos PIO (Programmed Input Output), para hacer AIM, en el PIO modo 0 que es el más lento, dicho tiempo de ciclo es de 600 nanoseg. Conocido este tiempo, puede deducirse que la máxima velocidad de transferencia para este modo es de 3,3 MB/seg., como se indica a continuación.

Suponiendo que teóricamente en forma ininterrumpida se leen o escriben 2 bytes del port de datos cada 600 nseg = 0,0000006 seg., en un segundo podrían hacerse 1/0,0000006 transferencias de 2 bytes por AIM. 0 sea, que podrían transferirse 2/0,0000006 bytes/seg. » 3.333.333,33 bytes/seg. » 3,3 MB/seg., dado que 1 MB = 1.048.576 bytes. Lo anterior equivale a decir que en un segundo se transferirían: 3,3 x 2048 sectores = 6758 sectores, siendo que 2048 sectores de 512 bytes = 0,5 KB conforman 1 MB. En el presente existen unidades IDE estándar ATA-2, con PIO modo 4, tiempo de ciclo de 120 nseg, lo cual implica una velocidad de transferencia máxima teórica de 16,5 MB/seg. (5 veces mayor que el modo 0).

Cabe mencionar que esta velocidad de transferencia máxima para PIO es la misma que para ADM modo 3, dado que depende del tiempo de ciclo con que opera la unidad IDE. Si en lectura o escritura deben mediar 120 nseg entre dos direccionamientos al port de datos de 16 bits, este tiempo de ciclo debe respetarse, ya sea que los direccionamientos se hagan para efectuar transferencias por AIM (PIO) o ADM (DMA).

Que la transferencia entre memoria y dicho port (o viceversa) convenga hacerla por AIM o ADM, dependerá del sistema operativo en uso, y si se trabaja o no en "multitasking".

Las unidades con electrónica que sigue el estándar E-IDE ó Fast ATA (1 ó 2) permiten además comandos para escritura o lectura múltiple, los que dan lugar al "Block Mode".

Enviando a los ports correspondientes uno de estos comandos y la cantidad de sectores a transferir (de 2 a 128) se evita que la electrónica active la línea de interrupción IRQ, con cada sector que debe ser pasado del sector buffer a memoria o en sentido inverso. Con esto se evitan las pérdidas de tiempo involucradas en cada interrupción (guardar registros de la UCP en la pila, llamar y ejecutar una subrutina, y volver a restaurar dichos registros en la UCP). Así, hasta 128 sectores pueden ser transferidos con un solo comando, con lo cual es factible ganar un máximo de 30% de tiempo.

Es factible conectar más de una unidad IDE a un bus de una PC (sean dos discos rígidos, un rígido y una lectora de CD, etc.), debiendo actuar el más rápido de ellos como "master", y el otro como "slave". Esto se define conectando los "jumpers" (puentes de contacto) como indica el manual de instalación.

Direccionando y escribiendo el valor (1 ó 0) de un bit del registro drive/head, se selecciona si un comando es para el "master" o el "slave".

Los adaptadores E IDE (Enhanced IDE, o sea IDE mejorado), permiten conectar cuatro unidades de disco (fijas o removibles), amen de tener mayor velocidad de transferencia.

18. ¿Qué son los números "lógicos" de cilindro, cabeza, sector y el LBA?

No hace mucho, el disco más grande que podía manejar una PC con interfaz IDE era de 500 MB. Correspondía a un disco de 1024 cilindros, 16 cabezas (heads) y 63 sectores de 512B = 0,5 KB, con lo cual la capacidad era exactamente de 1024 x 16 x 63 x 0,5 = 504 MB = 528 millones de bytes.

Este límite se debe en principio, a que por un lado, cuando la subrutina del BIOS debe enviar al drive IDE los números de cilindro, cabeza (head) y sector, abreviados en inglés CHS, para los mismos tiene establecidos 10, 8 y 6 bits, respectivamente, número de bits que también están reservados en la Tabla de Particiones. Por lo tanto, para el BIOS y la Tabla de Particiones, los números máximos que se pueden formar son:

210 = 1024 cilindros; 28 = 256 cabezas; 26 = 64 sectores, que son 63, pues el sector 0 no se usa.

A su vez, un drive IDE o EIDE para CHS está limitado a 16, 4 y 6 bits respectivamente. Resulta así, que los números máximos que puede manejar son:

216 = 65536 cilindros; 24= 16 cabezas; 26 = 64 sectores, que van hasta el número 63

Compatibilizando ambas limitaciones, resultan 1024 cilindros, 16 cabezas y 63 sectores, que hacen el límite de los 504 MB calculados; aunque El BIOS por separado permitiría 1024 x 256 x 63 x 0,5 = 8 GB, mientras que por su parte, una interfaz IDE permitiría una capacidad de hasta 65536 x 16 x 63 x 0,5 = 128 GB.

En 1994 las normas IDE de 1984 pasaron a ser las E-IDE. A fin de maximizar la compatibilización entre BIOS e IDE para poder operar con discos de mayor capacidad que 504 MB, se crearon algunos artificios matemáticos que pueden ser llevados a cabo por la UCP ejecutando subrutinas de un BIOS actualizado, o por el microprocesador de la unidad IDE ejecutando subrutinas de su firmware.

Para plantear esto, se denomina CHS lógico (cuyas siglas son L-CHS) a los números de CHS que se envían a una unidad de disco IDE (o SCSI), al ejecutarse una subrutina del BIOS. Este L-CHL al ser recibido por la unidad IDE debe ser convertido por ésta en un CHS físico (F-CHS o P-CHS en inglés), que son los números de CHS a partir de los cuales la unidad IDE accede al sector seleccionado.

En discos con capacidad menor o igual que 504 MB, coincidirán los números de L-CHS y de F-CHS. Esto es los números de CHS que surgen del BIOS son los mismos que usa la unidad IDE para ubicar un sector.

Una forma de compatibilizar discos de más de 504 MB es la siguiente. Sea un disco de 1 GB que físicamente presenta 2 platos (4 cabezas), y cuyas pistas tienen un número distinto de sectores, que aumenta desde el centro hacia el borde, superando los 63, como se trató más atrás. Este disco para la unidad IDE se caracterizaría físicamente como equivalente a un disco de 4096 cilindros, 4 cabezas, y 63 sectores de 0,5 KB por pista, dado que 8192 x 4 x 63 x 0,5 = 1 GB. La geometría del disco real resulta así invisible al exterior. Si se divide 8192 por N=8 resulta 1024, y si se multiplica 4 por N=8 resulta 32. De este modo, un disco que tuviera 1024 cilindros, 16 cabezas y 63 sectores por pista también tendría 1024 x 32 x 63 x 0,5 = 1 GB, pero los valores 1024 y 32 son compatibles para subrutinas del BIOS, según se describió.

La unidad IDE se encarga de trasladar cada número de sector, cabeza y sector del disco lógico que suponen las subrutinas del BIOS, en otro número de sector, cabeza y sector para el disco físico de 8192 x 4 x 63 x 0,5 También es factible que dicha traslación sea llevada a cabo por dichas subrutinas del BIOS actualizado. Esto se conoce como ECHS (Extended CHS translation) o "large". Existen varias formas de realizar esto.

No debe confundirse los números lógicos de cilindro, pista y sector -que simula el drive de un disco para un sistema operativo (y para la ROM BIOS)- con el formateo lógico, destinado a reservar sectores que serán usados por dicho sistema, ni con la estructura lógica con que el DOS "ve" a un disco (antes tratada).

El LBA es otro mecanismo para operar discos con más de 504 MB. Las unidades de disco SCSI y las IDE permiten que se identifique los sectores mediante números consecutivos, comenzando desde 0 (donde está la tabla de particiones), siendo que físicamente se tiene números de cilindro, cabeza y sector. Esto es, esas subrutinas en lugar de enviar números de cilindro, cabeza y sector para acceder a un sector, pueden enviar un número que lo identifica denominado LBA (Logic Block Address o sea dirección lógica del bloque). Una unidad IDE o EIDE con la opción de operar con CHS o LBA, requiere asignar LBA 0 al cilindro 0, cabeza 0, sector 1. En un disco de 504 MB el LBA del último sector sería 1.065. 456. La técnica LBA permite acceder a unos 228 sectores (de 0,5 KB), o sea 137 GB en un IDE. El uso de LBA puede implementarse en un BIOS actualizado o en una unidad IDE, y no siempre significa una mejor performance de un disco. Muchos sistemas operativos pueden operar directamente con LBA, pero el DOS y otros sistemas deben usar la geometría CHS.

19. ¿En qué consisten los métodos de grabación MFM y RLL?

Según se expuso antes (figuras 2.4 y 2.5), una cabeza (bobina) mientras graba magnetiza en la pista grupos de pequeñas partículas microscópicas de óxido de hierro (no una sola), dando lugar a pequeños imanes que originan campos magnéticos en la superficie del disco, cuya polarización (S-N o N-S) depende del sentido de la corriente de la bobina. En las figuras 2.26 b, e, h aparecen pistas grabadas dibujadas rectilíneas, siendo que en las mismas se enfrentan dos polos iguales cuando cambia de nivel la señal eléctrica que se aplica a la cabeza (figuras 2.26 a, d, g), lo cual hace cambiar el sentido de la corriente que circula.

Cuando la misma cabeza debe leer, sensa dichos campos, detectando campos magnéticos existentes debidos a imanes enfrentados (norte contra norte, sur contra sur). Vale decir, no detecta si existe o no campo magnético, sino inversiones en el flujo (campo) magnético, cuando se enfrentan dos polos iguales. En una lectura, al pasar la cabeza por cada una de estas inversiones, se genera en la bobina una corriente eléctrica que da lugar a una señal constituida por un breve pulso eléctrico (figura 2.26 c, f, i). Los pulsos así generados, al ser decodificados por la electrónica correspondiente, permiten reconstruir la señal que excitó la bobina de la cabeza durante la escritura de la pista, y así decodificar los ceros y unos en el sector leído.

El número máximo de inversiones sucesivas de flujo magnético por centímetro o pulgada cuadrada debe permitir escrituras o lecturas seguras. Está limitado por las características del material magnético, por el ancho del entrehierro, y la sensibilidad de la cabeza.

Para un número máximo dado de tales inversiones, de lo que se trata, en principio, es codificar la mayor cantidad de unos y ceros por centímetro de pista, habiéndose desarrollado para tal fin varios métodos, que implicaron sucesivas mejoras en la densidad de almacenamiento. En todos ellos -como se planteó- en una escritura, cada cambio de nivel de la señal eléctrica que se aplica a una cabeza, produce una inversión en el flujo magnético de la superficie de la pista que está siendo escrita. Por lo tanto, se busca codificar la mayor cantidad de unos y ceros con el menor número de cambios de nivel en dicha señal.

Los tres métodos de codificación que se discutirán tienen en común:

     

  • Los unos y ceros a grabar están separados igual intervalo de tiempo entre sí; y
  • Cada bit de valor uno a escribir le corresponde siempre en la pista una inversión del campo magnético; mientras que en correspondencia con cada cero a escribir, no existe ninguna inversión de campo. Pero esta convención sin más no permite en la lectura detectar cuántos ceros sucesivos han sido grabados.

     

Una codificación emplea inversiones de flujo extras para separar bits, y otra las usa sólo para separar ceros. Estas inversiones usadas para demarcar bits -que en correspondencia requieren cambios de nivel en las señales eléctricas que se aplican a una cabeza- se denominan "clocks", en el sentido que sirven para autosincronismo, a fin de poder determinar tiempos de duración de bits.

En la grabación de disquetes se usa principalmente el método de codificación conocido como MFM (Modulación de Frecuencia Modificada). En los rígidos la técnica anterior se ha reemplazado por otra conocida como RLL ("Run Lenght Limited", traducible como "longitud limitada de ceros corridos" o sea sucesivos), que permite hasta un 50% más de densidad de grabación. Ambas codificaciones son mejoras sucesivas del denominado método de grabación FM ("Frecuencia Modulada").

En la grabación FM (figuras 2.26 a, b, c) se emplea siempre una inversión de flujo antes de cada bit a escribir, sea uno o cero; y además se debe emplear otra inversión por cada bit de valor uno a escribir, inversión que se da a mitad de camino entre la inversión que indica su comienzo y la del comienzo del bit siguiente. 0 sea, que para escribir un uno se requiere dos cambios de nivel en la señal que recibe la cabeza: un cambio para indicar que empieza un bit, y otro para señalar que se trata de un uno.
A diferencia, la escritura de un cero implica sólo un cambio de nivel, para indicar el comienzo de dicho bit, siendo que la ausencia de otro cambio inmediatamente después identifica que se trata de un cero.
La denominación FM se debe a que en la codificación de unos sucesivos, resulta una frecuencia de pulsos mayor que la existente para ceros sucesivos, o sea que existen dos frecuencias distintas para unos y ceros.

Dado que en la codificación FM, para grabar un uno se necesita dos inversiones de campo magnético en la pista, fue reemplazada por la MFM, que pen-nite codificar un wio con una sola inversión de campo, siendo que sólo usa inversión para indicación de comienzo de bit, cuando un cero está precedido por otro cero.

Esta convención permite codificar, como se ejemplifica, la misma secuencia de unos y ceros como la ejemplificada (11111010000) con la mitad de inversiones de flujo que con FM. Por lo tanto en MFM se puede duplicar el número de bits por pulgada de pista, para una cantidad máxima de inversiones posibles por pulgada (que depende del material magnético usado).

Para los discos rígidos de gran capacidad fue necesario aumentar la densidad de grabación, para lo cual se creó la codificación RLL 2,7 que permite con un menor número de inversiones de flujo codificar una mayor cantidad de bits (hasta 50% más que con MFM). A tal fin, una sucesión de bits a escribir se descompone, a partir del primero, en sucesivos grupos de bits cuya codificación en RLL 2,7 se recuadra en la figura 2.26.

Esta recodificación el número de unos a grabar, y por ende, inversiones de flujo, siendo que en MFM también se necesitan inversiones cuando hay ceros consecutivos (en RLL sólo se usan para los unos). En nuestro ejemplo, los datos a escribir 11111010000 se descomponen en los grupos 11 11 10 10 000 codificados en la figura 2.26 g, como 100010000100010000010O. En RLL sólo se produce una inversión de flujo si hay un uno, sin emplear inversiones de comienzo de bit para los ceros en ninguna circunstancia.

La lectura de una pista exige una electrónica sofisticada, como la IDE o SCSI, para determinar correctamente, en función del tiempo transcurrido, cuántos ceros existen entre la detección de dos "unos".

La figura 2.26 g permite apreciar que si bien la codificación RLL requiere el doble de los bits originales a escribir, el número de inversiones de flujo es menor que en MFM, resultando en comparación una ganancia en la densidad de bits almacenados, que estadísticamente puede llegar al 50%.

Las siglas 2,7 de la codificación RLL 2,7 resultan de la tabla anterior. Después de un uno puede haber dos ceros como mínimo, y tres ceros como máximo. Antes de un uno como máximo pueden darse cuatro ceros. Por consiguiente, entre dos unos, como mínimo pueden haber dos ceros, y como máximo siete ceros. Ocho o más ceros seguidos, se descomponen en grupos de tres ceros, cada uno codificable como 000100. Existen también las codificaciones RLL 1,7 y RLL 3,9 también conocidas como ARLL (Advanced RLL), que permiten hasta un 90% de ganancia de densidad en relación con MFM.

20. ¿Qué es un disquete "floptical"?

Si bien la denominación "floptical" -proveniente de floppy y optical- parecería indicar un disquete flexible removible que es escrito o leído mediante láser, el floptical es un disquete flexible magnético, que se graba y lee de la forma vista (figura 2.5). O sea con una cabeza (figura 2.28) que para escribir cada pista genera campos magnéticos N-S y S-N según el sentido de la corriente que circula por una bobina; y que en una lectura detecta inversiones del campo sobre la superficie de una pista Dichas inversiones producen corrientes en la bobina, generándose tensiones eléctricas que permiten recuperar los unos y ceros almacenados.

La particularidad de un floptical es que usa láser y óptica auxiliar para posicionar el cabezal sobre cada pista (figura 2.28). Este, como se dijo, escribe o lee información por medios magnéticos, de la forma descripta.

Esta sofisticación es necesaria a los fines de poder operar con una densidad radial de 1245 t.p.i (pistas por pulgada) contra 135 t.p.i de los disquetes comunes de 1,44 MB, para que un floptical pueda guardar 21 MB Asimismo, un floptical se lee y escribe unas tres veces más rápido que un disquete común (floppy). Ello se debe a que es posible acceder a un cilindro (pista) del mismo en 65 mseg, contra 150 mseg del segundo (tiempos promedio), y que su velocidad de rotación es 720 r.p.m. (el doble que la de un floppy).

Por otra parte, una unidad para floptical también puede leer o escribir disquetes comunes, dado que cada cabeza presenta dos entrehierros: uno muy estrecho para disquetes floptical, y otro más ancho para floppys.

Para que el servo óptico posicione el cabezal en la pista seleccionada, al lado de cada pista magnética que almacena información (la cual puede ser formateada y reformateada), existe otra "servo pista" no borrable (grabada o estampada de fábrica) sobre la cual incide luz láser puntual. Parte de esta luz se refleja en dicha servo pista, y la información de control que ella contiene es enviada al servo sistema, para que posicione constantemente la cabeza en la pista magnética seleccionada.

Existen servos más elaborados, con seguimiento óptico por holografías en la superficie del floptical.

21. ¿Qué son los disquetes y unidades ZIP?

Las unidades ZIP (Zip Dlrive"), por las capacidades de sus disquetes, por su confiabilidad, y por su velocidad de transferencia están a mitad de camino entre las unidades de disquete y las de disco duro, aunque más próximas a esta última. Así, su velocidad de giro es del orden de 3000 r.p.m, lo cual redunda en una mayor velocidad de transferencia.

El gabinete del ZIP drive es externo al gabinete de la computadora (figura 2.29).

La conexión del ZIP drive generalmente se hace en el port paralelo que usa la impresora, debiéndose desconectar ésta de dicho port, y volverla a conectar al gabinete del ZIP drive en un conector preparado. Los disquetes para ZIP drive son flexibles, y pueden almacenar en sus dos caras magnetizables 100/200 MB, empleándose comúnmente para back-up del disco rígido. Las cabezas de escritura/lectura están en contacto con las superficies de ambas caras, siendo más pequeñas en tamaño que las usadas en una disquetera, lo cual permite grabar y sensar con densidades de grabación mayores.

22. Bibliografía:

     

  • M. C. Ginzburg, Introducción general a la informática: Periféricos y redes locales.

     

Trabajo realizado y enviado por:
Leandro Vanden Bosch
Estudiante de Ing. en Sistemas;
Universidad Abierta Interamericana;
Buenos Aires, Argentina. 1999.
lvbosch@usa.net



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