Dispositivos de almacenamiento

Elementos de almacenamiento #

Debido a la cantidad de información manejada actualmente, los periféricos de almacenamiento se han convertido casi tan importantes como el mismísimo computador. Estos periféricos se encargan de guardar o salvar los datos de los que hace uso la CPU para que ésta pueda emplearlos una vez que han sido eliminados de la memoria principal, ya que ésta se borra cada vez que se apaga el ordenador. Pueden ser internos, como un disco duro, o extraíbles, como un CD.

Los más comunes son: Disco duro, Memorias de estado sólido (SSD), CD, DVD; Blu-Ray, Memoria Flash, Cintas magnéticas.

A continuación se describe con más detalle alguno de ellos.

Disco Duro #

Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Un disco duro (en inglés hard disk, abreviado con frecuencia HD o HDD) es un dispositivo que permite almacenar una gran cantidad de datos de forma rápida y segura. Los datos permanecen grabados en su interior permanentemente y pueden ser leídos, borrados y grabados infinidad de veces. El tamaño de las primeras unidades de disco duro era de 10 ó 20 Megabytes (MB), existiendo hoy en día discos de varios TeraBytes.

Estas capacidades tan enormes se deben principalmente a la elevada densidad de grabación.

a) Características. Los discos duros generalmente utilizan un sistema de grabación magnética digital. En este tipo de disco se encuentra, dentro de la carcasa, una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Los platos están montados sobre un eje central (spindle) que gira siempre en el mismo sentido. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las cabezas de

lectura/escritura que mediante un proceso electromagnético codifican/ decodifican la información que han de leer o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro está muy cerca de la superficie del plato. Normalmente, cada plato dispone de dos cabezas de lectura/escritura, una para cada cara. Los platos de aluminio están recubiertos de una capa de material con propiedades magnéticas en ambas caras.

Inicialmente se utilizaba óxido férrico, pero actualmente se suele emplear cobalto por sus mejores cualidades. Estos platos tienen tamaños típicos dependiendo de cada disco duro. La práctica totalidad de ellos incorporan platos de 3,5 pulgadas. Existe un tercer tamaño de 2,5 pulgadas, empleado habitualmente en discos duros para ordenadores portátiles, que se le suele denominar Microdrive. Las principales características son las siguientes:

• Capacidad de Almacenamiento: cantidad de información que se puede grabar o almacenar en un disco duro.

• Velocidad de Rotación: es la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los platos (se detalla más adelante) del disco, que es donde se almacenan magnéticamente los datos. La regla es: a mayor velocidad de rotación, más alta será la transferencia de datos, pero mayor será el ruido y mayor el calor generado por el disco duro. Se mide en RPM (Revoluciones Por Minuto).

• Memoria Caché (tamaño del buffer): es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer.

• Tasa de transferencia: indica la cantidad de datos que un disco duro puede leer o escribir en la parte más externa del disco o plato en un período de un segundo. Normalmente se mide en Mbits/s.

b) Componentes Físicos: #

Figura 33. Estructura de un disco duro.

• Los discos (platters) Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. Los discos están unidos a un eje y un motor que los hace guiar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente los discos duros están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central. Estos discos, normalmente, tienen dos

caras que pueden usarse para el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse una para almacenar información de control. Cada uno de los lados de un disco es una cara. Los datos se graban en forma de flujos magnéticos escritos en círculos, alrededor del anillo central del disco. Cada uno de los círculos concéntricos forma una pista y cada pista está dividida en un número igual de segmentos, llamados sectores. Un sector es la mínima unidad de información direccionable en un disco duro.

En la mayoría de los discos duros, un sector tiene un tamaño de 512 bytes. Cada pista normalmente está dividida en una cantidad de sectores que oscila entre 100 y 300. La cabeza de lectura/escritura se mueve del borde exterior del disco hacia el anillo central, deteniéndose sobre la pista que contiene la información que necesita el ordenador.

Una vez en la posición adecuada, la cabeza espera a que el sector correcto de la pista se encuentre debajo de ella, y a continuación lee o escribe datos a medida que éste pasa por debajo. Otro concepto importante es la densidad de grabación. Ésta se mide en bits por pulgada (BPI, Bits Per Inch) y la densidad de pistas en cada plato se mide en pistas por pulgada (TPI, Tracks Per Inch).

Multiplicando ambos factores se obtiene la densidad de área, que generalmente se calcula en bits por pulgada cuadrada (BPSI, Bits Per Square Inch). La densidad hace referencia a la separación que existe en los bits de información almacenados en el disco duro. Mientras mayor sea la densidad de grabación, mayor cantidad de datos se podrán almacenar en una misma superficie. Existen dos formas de conseguir una mayor densidad de datos:

- Almacenando los bits más juntos unos de otros.

- Haciendo que la distancia entre pistas sea menor, con lo que se consiguen introducir más pistas en un mismo plato aumentando así la capacidad de almacenamiento.

• Las Cabezas (Heads) Están ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza Lectura/Escritura a cada lado del disco, sin embargo, algunos discos de alto rendimiento tienen dos o más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitad del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial.

Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando éste gira a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre una capa de aire extremadamente delgada (10 millonésima de pulgada). Esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal. Cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las cabezas o el medio.

Su funcionamiento consiste en una bobina de hilo que se acciona según el campo magnético que detecte sobre el soporte magnético, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco. Las cabezas convierten, por tanto, señales eléctricas en señales magnéticas y viceversa, según la operación a realizar sea de escritura o de lectura. Todos los discos duros actuales incorporan una memoria caché (buffer) para agilizar las operaciones de lectura y escritura.

Generalmente esta caché suele ser de 32 ó 64 MB. Las cabezas son un factor fundamental en el rendimiento de un disco duro y en la densidad de grabación. Las primeras cabezas que se usaron en discos duros eran de ferrita, posteriormente se emplearon cabezas de tipo GAP (de su denominación Metal-In-Gap) y de película fina (TF, Thin Film).

Actualmente todas las cabezas son magnetoresistivas (magnética por la parte de escritura y resistiva por la de lectura), con lo que se soportan densidades de grabación hasta 10.000 veces mayores que las de las primeras unidades.

La última generación de cabezas magnetoresistivas aparecidas en el mercado se denomina GMR (Giant Magneto Resistive), lo que permite fabricar discos duros cada vez más pequeños y de mayor capacidad, al estar la información más concentrada en el mismo espacio y ser las cabezas más pequeñas y precisas. Esta tecnología fue desarrollada por IBM. La pista de aparcamiento de las cabezas se llama LAND ZONE.

• Eje Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.

• Pistas Un disco está dividido en delgados círculos concéntricos llamados pistas. Las cabezas se mueven entre la pista más externa ó pista cero a la más interna. Es la trayectoria circular trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza de lectura / escritura. Cada pista está formada por uno o más Cluster.

• Sectores Un byte es la unidad útil más pequeña en términos de memoria. Los HD almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría de los HD usan sectores de 512 bytes. La controladora del HD determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten especificar el tamaño de un sector. Cada pista del disco está dividida en 1 ó 2 sectores dado que las exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen más sectores.

• Cilindros El par de pistas en lados opuestos del disco se llama cilindro. Se puede ver como el conjunto de varias pistas. Son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara). Si el HD contiene múltiples discos (sean n), un cilindro incluye todos los pares de pistas directamente una encima de otra (2n pistas). Los HD normalmente tienen una cabeza a cada lado del disco.

Dado que las cabezas de Lectura/Escritura están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el rotor. Como resultado, los HD de múltiples discos se desempeñan levemente más rápido que los HD de un solo disco.

• Tarjeta controladora: Para controlar el funcionamiento del motor y gestionar la forma en que se graba y lee la información, todos los discos actuales cuentan con una tarjeta controladora integrada en la propia unidad. Dicha controladora se suele alimentar a 5 voltios, mientras que el motor lo hace a 12 voltios. De ahí que el conector de alimentación tenga cuatro cables: uno de 5 y otro de 12 voltios, con sus respectivas masas.

Entre las principales funciones que realiza la tarjeta controladora están las siguientes:

- El control del motor de giro del disco duro, incluyendo el control de la velocidad de giro.

- El control del brazo actuador para la ubicación en la pista correcta.

- El control del tiempo necesario para realizar las operaciones de lectura y escritura.

- El control de la gestión de la energía (en leer y amplificar las señales de bajo voltaje

procedentes de las cabezas del disco duro). Finalmente, la tarjeta controladora incorpora un firmware o software de control. Esto no son más que una serie de rutinas encargadas de ser procesadas por el microprocesador que generalmente todos los discos duros actuales incorporan. Estas rutinas suelen estar grabadas en una memoria ROM en la propia controladora del disco duro. Muchos discos duros ya incorporan para estas funciones una memoria ROM de tipo flash, que permite su actualización mediante software.

c) Procesos de codificación de la información:#

Según los elementos citados, en un disco duro los datos se grabarán en forma de flujos magnéticos escritos en círculos, alrededor del anillo central del disco. Cada uno de los círculos concéntricos forma una pista y cada pista está dividida en un número igual de segmentos, llamados sectores.

La información digital se almacena en forma de cadenas de ceros y unos. En un disco duro, esos ceros y unos que componen la información se almacenan codificados en forma de pulsos magnéticos.

Tipos de codificaciones:

• FM (Frecuency Modulation – Modulación de Frecuencia): es la codificación más sencilla. Consiste en la grabación de un cambio de flujo para cada uno, y en omitir el cambio de flujo para cada cero. Este procedimiento se puede realizar con una electrónica de control relativamente simple, pero tiene el inconveniente de que cada bit de datos consume dos cambios de flujo, limitando mucho la capacidad del disco.

• MFM (Modify Frecuency Modulation – Modulación de Frecuencia Modificada): en comparación con FM, no necesitaba almacenar tantos cambios por bit, lo que al final redundaba en una mayor capacidad de almacenamiento de información en el disco. Aunque MFM ya se abandonó en los discos duros al usarse métodos mucho más eficientes, en los disquetes éste es el método de codificación que se sigue utilizando.

• RLL (Run Length Limited – Longitud de recorrido limitado): este método trabaja con grupos de bits, en lugar de hacer la codificación para bits individuales, operando con dos parámetros: la longitud y el límite del recorrido, de ahí su denominación. La longitud del recorrido es el mínimo espacio entre dos cambios de fase, mientras que el límite del recorrido es la máxima longitud entre dos cambios de fase. Gran parte de los discos duros actuales utilizan alguna variedad de codificación RLL.

d) Interfaces:#

La interfaz de un disco duro comprende la forma que usa para relacionarse con los demás elementos que componen un ordenador. Hace también referencia, por tanto, al tipo de conexión que utiliza el disco duro. La evolución ha sido la siguiente:

• ESDI (EnhancedSmallDeviceInterface): A mediados de los 80’s, apareció este estándar para solventar algunos de los problemas que habían surgido con el anterior. Trasladaba algunas funciones de control ya al propio disco duro, incrementando así la tasa de transferencia de datos y produciéndose un ligero aumento de prestaciones en general.

• IDE (Integrated Drive Electronics): Creado por Western Digital. Su característica más representativa era la implementación de la controladora en el propio disco duro, de ahí su denominación. Igualmente se eliminó la necesidad de disponer de dos cables separados para control y datos, bastando con un cable de 40 hilos desde el bus al disco duro.

IDE permite transferencias de 4 Megas por segundo, aunque dispone de varios métodos para realizar estos movimientos de datos. La interfaz IDE supuso la simplificación en el proceso de instalación y configuración de discos duros, y estuvo durante un tiempo a la altura de las exigencias del mercado.

IDE/ATA son unas siglas que responden a Integrated Drive Electronics /AT Attachment, y es el estándar en los discos duros actuales, en los cuales, la mayor parte de la circuitería de control del disco duro se integra en la propia unidad. ATA es un conjunto de reglas que deben cumplir todos los dispositivos IDE. En la práctica, tanto IDE como ATA viene a hacer referencia al mismo estándar y al mismo concepto.

La especificación IDE/ATA es la base original sobre la que se han desarrollado las especificaciones posteriores. La interfaz IDE/ATA original, utilizada en los originales IBM AT, era una interfaz de 16 bits. El ATA es una interfaz estandarizada por la ANSI (American Nacional Standard Institute) cuyas características principales son las siguientes:

-Dos discos duros. La especificación ATA original sólo da soporte a dos discos duros ambos montados sobre un mismo canal, y configurados como maestro (master) y esclavo (slave) respectivamente. -Modos de transferencia. El ATA soporta los modos de transferencia PIO (Entrada/Salida Programada) en modo O, 1 y 2. PIO es entrada/Salida programable. Es el componente encargado de ejecutar las instrucciones dirigidas. -Modos DMA. También soporta la transferencia en modo DMA 0, 1 y 2 y DMA multiword en modo 0.

DMA es Acceso Directo a Memoria. Es el componente integrado en un periférico que libera al procesador en la tarea de transferir datos entre dispositivos y memoria. Debido a esto no requiere atención del procesador (a diferencia de PIO). Inicialmente, el estándar ATA fue desarrollado para ser empleado con discos duros. Pero, posteriormente, se desarrollaron otros dispositivos que hacían uso de la misma interfaz, por lo que surgieron nuevos estándares para darles soporte.

Entre ellos se puede destacar: -ATA/100, ATA/133. Se denominan también UltraDMN100 y UltraDMN133, respectivamente. Hacen referencia a la máxima tasa de transferencia de datos teórica que pueden soportar los discos duros conectados a esa placa base, que viene a ser de 100 y 133 MB/seg respectivamente, de ahí las denominaciones. En función de que un chipset sea más ó menos reciente soporta un modo de transferencia u otro. -UltraDMA/33 (Ultra ATA-33) totalmente compatible con todos los estándares anteriores.

Es una extensión de la interfaz de disco duro ATA que, teóricamente, permite velocidades de transferencia de datos en ráfagas de 33,3 Megabytes (MB) por segundo. Esto duplica la velocidad del estándar ATA-2/ATA-3 de 16,6 MB por segundo. El uso de Ultra DMA puede provocar un incremento en el rendimiento del 40% sobre el estándar ATA-2/ATA-3.

La mejora del rendimiento es el resultado de la mejora en la velocidad de datos de la propia unidad. -ATAPI (AT AttachmentPacket Interface) es un estándar que permite implementar dispositivos con características propias de SCSI sobre interfaces ATA, tales como lectores de CD-ROM y unidades de cinta. Para el correcto funcionamiento de los dispositivos ATAPI se requiere el uso de drivers específicos. Lo que determina poder usar PIO o DMA es la BIOS.

La BIOS juega un papel muy importante en el funcionamiento de un disco duro. Proporciona, además, los servicios de acceso al disco duro mediante una interfaz común para acceder a los discos duros, sean del tipo que sean, lo que ofrece una gran comodidad y sencillez para las aplicaciones. Por otra parte, la BIOS permite la detección y configuración de los discos duros. Cuando una aplicación accede al disco duro, generalmente lo hace a través de la BIOS, mediante la interrupción 13h (19 en notación decimal).

Esta interrupción es estándar y se ha venido utilizando en el PC desde hace mucho tiempo para el acceso a disco duro. El uso de la interrupción 13h necesita que, previamente, se le proporcione determinada información, como la cabeza, el cilindro y el sector exactos a los que se va a acceder para que las rutinas de acceso puedan realizar dicho acceso. La rutina original de la interrupción soportaba discos de 504 MB o más grandes hasta un límite de 8 GiB utilizando el modo lógico de acceso CHS.

Para romper esta barrera, se crearon las extensiones de la INT 13h que utilizan el modo LBA (direcciones de 64 bits) para acceder al disco, soportando así hasta 8 ZiB de espacio (También se puede usar modos LBA de 32 bits ó 48 bits que soportan 2 TiB ó 128 PiB respectivamente).

• EIDE (Enhanced IDE): Esta interfaz, propuesta también por Western Digital, logra una mejora de flexibilidad y prestaciones. Para empezar, aumenta su capacidad, hasta 8,4 Gigas, y la tasa de transferencia empieza a subir a partir de los 10 Megas por segundo. Permite instalar 4 unidades al mismo tiempo (frente a dos del interfaz IDE). A nivel externo, no existen

prácticamente diferencias con el anterior IDE, en todo caso un menor tamaño o más bien una superior integración de un mayor número de componentes en el mismo espacio.

• SCSI (Small Computer System Interface): Los discos duros tipo SCSI se han utilizado, sobre todo, debido a que se pueden conectar siete dispositivos por controladora y que la velocidad de transferencia es considerablemente más alta que la de los discos duros IDE. La evolución de la interfaz SCSI ha sido la siguiente:

- SCSI-1. Corresponde al bus SCSI original. Se implementó en 1986, permitía la conexión de un máximo de 7 dispositivos de 8 bits con una velocidad máxima de 5 Mb/s.

- SCSI-2. Esta especificación fue una ampliación del SCSI-1. Se terminó de desarrollar en 1992 y es compatible con los dispositivos anteriores. Permite conectar dispositivos tales como unidades de CD-ROM escáneres. Asimismo, se incluyen dos nuevas especificaciones: Fast SCSJ y Wide SCSI que permitían duplicar la velocidad y el número de dispositivos, respectivamente. Las unidades disponen de un bus de 16 bits y se diseñaron nuevos conectores más compactos.

- SCSI-3. Entre sus nuevas mejoras está el aumento del número de dispositivos hasta

32. También da soporte a canales de fibra y aumenta las prestaciones con la especificación "Ultra". Con una interfaz SCSI se pueden conectar hasta 7 dispositivos, o bien 15 si es Wide SCSI. Los dispositivos SCSI pueden ser discos duros, lectores de CD-ROM o DVD-ROM, escáneres, etc. En la siguiente tabla se puede ver un resumen de los distintos SCSI:

Comparando SCSI con IDE se pueden obtener las siguientes diferencias:

- Los discos duros IDE han representado tradicionalmente al ordenador personal medio, siendo los discos SCSI usados desde el principio por usuarios avanzados en equipos profesionales. De hecho, todos los ordenadores Macintosh de Apple disponen de discos duros SCSI desde el primer momento.

- Ambos tipos (IDE y SCSI) han sufrido un profundo desarrollo desde sus orígenes pero es preciso reconocer que los del tipo EIDE (Enhanced IDE) han ido aproximándose a los SCSI en cuanto a prestaciones se refiere y la diferencia de prestaciones entre ambos tipos de discos actualmente no es sustancial, aproximándose mucho entre sí.

- Normalmente, los puertos EIDE aparecen integrados en la placa base. Los discos SCSI, por el contrario, precisan una controladora SCSI adicional, aunque algunas placas base de gama alta la integran.

- En circunstancias normales, un solo disco SCSI no aumenta significativamente las prestaciones frente a un EIDE. Sin embargo, el rendimiento se dispara cuando se conectan varios dispositivos SCSI accediendo simultáneamente al mismo bus común (no depende de bus del sistema). Por el contrario en cada puerto EIDE, los dos dispositivos conectados tienen que turnarse en la utilización del bus.

- SCSI es más caro que IDE y algo más complejo de configurar.

• SATA (Serial ATA) Es una interfaz de transferencia de datos en serie que permite la conexión de dispositivos de almacenamiento y ópticos. Fue diseñada para sustituir a las anteriores ATA y EIDE. La primera versión ofrecía transferencias de datos de 150MB/s (frecuencia 1500Mhz), mejorada en las sucesivas versiones de SATA v2.0 con 300MB/s (frecuencia 3000Mhz) y SATA v3.0 (frecuencia 6.000Mhz) con 600MB/s.

Ofrece nuevas características: reducción del número de cables (tan solo 7), mejor y más eficiente transferencia de datos y conexión/desconexión rápida. Con cada nueva versión han ido aumentando las prestaciones, mejorando la calidad del servicio de video streaming y las interrupciones de alta prioridad. Por otra parte, las altas tasas de transferencia de datos requieren un mayor consumo de potencia. SATA es una arquitectura "punto a punto", es decir, la conexión entre puerto y dispositivo es directa.

Cada dispositivo se conecta directamente a un controlador SATA y, por tanto, disfruta de todo el ancho de banda de la conexión. Una variante de esta interfaz (año 2004) es el eSata (external SATA) en directa competencia con USB y FireWire. Actualmente, la mayoría de las placas bases han empezado a incluir conectores eSATA. También es posible usar adaptadores de bus o tarjetas PC-Card y CardBus para portátiles que aún no integran el conector.

• SAS (Serial Attached SCSI): Es una interfaz de transferencia de datos en serie, sucesora del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Proporciona una arquitectura punto a punto más simple y robusta que su antecesora paralela, un mejor rendimiento (de 3Gb a 12 Gb) y mayor escalabilidad.

Una de las principales características es el aumento de la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado y elimina la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI. Debido a la transferencia de datos en serie, son enviados, uno tras otro (en el orden correcto y en el momento esperado).

Con el cableado punto a punto, con cada dispositivo se asegura un canal dedicado para cada uno de ellos (reduciendo la latencia) y, al no compartir bus, la gestión es mucho más sencilla. El conector SAS es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costos. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS.

En la tabla adjunta se pueden apreciar las principales diferencias con su antecesor:

e) Medidas que describen el rendimiento de un disco duro: #

• Tiempo de búsqueda: tiempo que tardan las cabezas de lectura/escritura en moverse desde su posición actual hasta la pista donde está localizada la información deseada. Este tiempo varía en cada búsqueda. Actualmente, los discos duros tienen tiempos de búsqueda pista a pista tan cortos como 2 milisegundos, tiempos promedios de búsqueda menores a 10 milisegundos y tiempo máximo de búsqueda (viaje completo entre la pista más interna y más externa) cercano a 15 milisegundos.

• Latencia: cada pista en un disco duro contiene múltiples sectores como ya hemos comentado anteriormente. Una vez que la cabeza de Lectura/Escritura encuentra la pista correcta, las cabezas permanecen en el lugar, e inactivas hasta que el sector pasa por debajo de ellas. Este tiempo de espera se llama latencia.

• Command Overhead: tiempo que le toma a la controladora procesar un requerimiento de datos.

• Transferencia: se refiere al tiempo en el que los datos pueden ser leídos o escritos en el drive, que es afectado por la velocidad de los discos, la densidad de los bits de datos y el tiempo de acceso.

f) Fabricantes:#

Western Digital, Maxtor, Samsung, Hitachi, Fujitsu, Quantum, Toshiba, Seagate, Zac. La nueva generación de discos duros utiliza la tecnología de grabación magnética perpendicular (PMR) que permite mayor densidad de almacenamiento. También existen discos llamados "Ecológicos" (Green Power), los cuales hacen un uso más eficiente de la energía.

En la actualidad se están imponiendo las unidades de estado sólido que tienen el mismo uso que los discos duros y emplean las mismas interfaces, pero no están formadas por discos mecánicos. Estas unidades tienden a categorizarse como "discos" cuando son tipos de memoria ya que los datos no se almacenan sobre superficies cilíndricas ni platos.

Memoria Flash y unidades de estado sólido (SSD) #

Memoria flash #

La memoria flash es una evolución de la memoria EEPROM que permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación de programación mediante impulsos eléctricos, frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez. Por ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores, cuando

los sistemas emplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria, al mismo tiempo. Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado. Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los 0´s ó 1´s correspondientes. Existen también memorias basadas en ORNAND.

Los sistemas de archivos para estas memorias son JFFS (Journaling Flash File System, Sistema de Ficheros Flash con soporte a Transacciones) originalmente para NOR, evolucionado a JFFS2 para soportar además NAND o YAFFS (Yet Another Flash File System, Sólo otro sistema de ficheros flash), ya en su segunda versión, para NAND. Sin embargo, en la práctica se emplea un sistema de archivos FAT por compatibilidad, sobre todo, en las tarjetas de memoria extraíble.

Estas memorias, como tipo de EEPROM que son, contienen una matriz de celdas con un transistor evolucionado con dos puertas en cada intersección. Tradicionalmente sólo almacenan un bit de información. Las nuevas memorias flash, llamadas también dispositivos de celdas multinivel, pueden almacenar más de un bit por celda variando el número de electrones que almacenan.

Es necesario destacar que las memorias flash están subdivididas en bloques (en ocasiones llamados sectores) y por lo tanto, para el borrado, se limpian bloques enteros para agilizar el proceso, ya que es la parte más lenta del proceso. Por esta razón, las memorias flash son mucho más rápidas que las EEPROM convencionales, ya que borran byte a byte. No obstante, para reescribir un dato es necesario limpiar el bloque primero para después reescribir su contenido.

La memoria flash NAND usa tecnología flash de celda de único nivel (SLC, del inglés Single-Level Cell) o de celda de varios niveles (MLC, del inglés Multi-Level Cell). NAND SLC almacena un bit por celda y tiene una gran duración (unas 50.000 escrituras por celda). NAND MLC utiliza dos bits por celda (por lo que ofrece una mayor capacidad) pero se desgasta más rápido que NAND SLC (aproximadamente un décimo de la duración de la memoria flash SLC).

Las nuevas memorias flash NAND de 3 bits por celda (unas 1.000 escrituras permitidas) y de 4 bits por celda (algunos cientos de escrituras permitidas) están destinadas a aplicaciones con un número muy limitado de escrituras.

Unidad de estado sólido (SSD) #

¿Qué es almacenamiento de estado sólido? El almacenamiento de estado sólido (SSS) es un método de almacenamiento de datos creado mediante dispositivos de circuitos integrados para almacenar datos en lugar de utilizar soportes ópticos o magnéticos móviles. El almacenamiento SSS suele ser no volátil y puede tomar varias formas, como una unidad de estado sólido, una tarjeta de estado sólido o un módulo de estado sólido. Además, SSS incluye opciones de interfaz PATA (anterior), SATA, SAS, canal de fibra o PCIe.

¿Qué es una unidad de estado sólido? Las unidades de estado sólido (SSD) son dispositivos de almacenamiento de datos que usa memoria no volátil (tales como flash) o memoria volátil, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios encontrados en los discos duros convencionales. Aunque técnicamente no son "discos", estos dispositivos son llamados así porque son usados típicamente como reemplazo para las unidades de disco en situaciones donde los dispositivos convencionales no son prácticos.

Al ser inmune a las vibraciones externas, lo hace especialmente apto para su uso en computadoras móviles. Las unidades SSD son compatibles con las interfaces de disco duro tradicionales, como SATA o SAS, y tienen un formato de disco duro familiar, como 3,5; 2,5 o 1,8 pulgadas.

Las primeras memorias estaban basadas en RAM pero en 1995 se presentaron unidades basadas en flash utilizadas en industria militar y aeroespacial ya que presentaban una alta tasa de tiempo medio entre fallos (MTBF), gran capacidad para soportar golpes fuertes, cambios bruscos de temperatura, presión y turbulencias. En 2009, Micron Tecnhology anunció el primer SSD del mundo utilizando la interfaz SATA III.

La arquitectura de las memorias SSD al principio estaba basada en memoria volátil DRAM (incorporando una batería y un sistema de copia de seguridad de almacenamiento). En la actualidad se basan en NAND flash. Por otro lado, se denomina Enterprise Fash Drives (EFD) a aquellas unidades que están diseñadas para aplicaciones que requieren una alta tasa de operaciones por segundo, fiabilidad y eficiencia energetica. El término EFD fue acuñado por EMC en 2008 pero no está normalizado.

Cualquier fabricante de SSD puede denominarlas EFD sin que existan unos requisitos mínimos. IBM está diseñando un dispositivo “Memoria RaceTrack” basado en memorias no volatiles que permitirá velocidades hasta cien mil veces superiores a los discos duros tradicionales.

¿En qué se diferencia una unidad flash USB y una unidad de estado sólido? Tanto unas como otras utilizan memoria flash NAND. No obstante, es la calidad de la NAND usada, así como el controlador y la interfaz, lo que diferencia una unidad flash USB de un dispositivo de almacenamiento de clase empresarial, como los empleados en los servidores blade y los sistemas de almacenamiento externo.

¿En qué se diferencian las unidades SSD y las unidades de disco duro mecánico? Las unidades SSD actuales son diferentes de las unidades de disco duro en cuanto al almacenamiento de datos. Las unidades SSD son sofisticados dispositivos de almacenamiento que utilizan chips de memoria estáticos, principalmente memoria flash NAND no volátil, en lugar de los discos magnéticos giratorios de las unidades de disco duro.

Las unidades de disco duro pueden tomar datos directamente del host y grabarlos en el soporte giratorio. Por el contrario, las unidades SSD no pueden grabar ni un bit de información sin borrar primero y regrabar después grandes bloques de datos a la vez (lo que también se denomina programar y borrar). Los discos de estado sólido basados en Flash tienen varias ventajas únicas:

• Arranque más rápido.

• Mayor rapidez de lectura, en algunos casos, dos o más veces que los discos duros más rápidos.

• Baja latencia de lectura y escritura, cientos de veces más rápido que los discos mecánicos.

• Lanzamiento y arranque de aplicaciones en menor tiempo.

• Menor consumo de energía y producción de calor.

• Sin ruido, la misma carencia de partes mecánicas los hace completamente silenciosos

• Menor, pero mejorado tiempo de lectura y escritura.

• Seguridad, permitiendo una muy rápida "limpieza" de los datos almacenados.

• Rendimiento determinístico. A diferencia de los discos duros mecánicos, el rendimiento de los SSD es constante y determinístico a través del almacenamiento entero. El tiempo de "búsqueda" constante, y el rendimiento no se deteriora mientras el medio se llena.

• Menor peso y tamaño.

Los discos duros de estado sólido basados en flash tienen también varias desventajas:

• Precio, los precios de las memorias flash son considerablemente más altos que los de los discos convencionales.

• Menor tiempo de vida confiable.

• Menor recuperación, después de un fallo físico los datos son completamente perdidos pues la celda es destruida, mientras que en un disco duro normal que sufre daño mecánico los datos son frecuentemente recuperables usando ayuda de expertos.™

• Vulnerabilidad, contra ciertos tipo de efectos, incluyendo pérdida de energía abrupta, campos magnéticos y cargas estáticas comparados con los discos duros normales (que almacenan los datos dentro de una Jaula de Faraday*).

• Menor capacidad que los discos duros mecánicos.

* Jaula de Faraday: efecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de esta manera queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario.

Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0. Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero. Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media.

Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio, la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.

Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en aviones o en la protección de equipos electrónicos delicados, tales como discos duros o repetidores de radio y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas.

Figura 34. Jaula de Faraday.

¿Qué es la nivelación del desgaste? La nivelación del desgaste es el proceso que usa un controlador de una unidad SSD para maximizar la vida de la memoria flash. Esta técnica nivela el desgaste en todos los bloques distribuyendo la escritura de datos por los dispositivos de memoria flash.

¿Qué es NVM Express? NVM Express, NVMe, o Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCI) es una especificación para el acceso a las unidades de estado sólido (SSD) conectadas a través

del bus PCI Express (PCIe). "NVM" es un acrónimo de "memoria no volátil", la cual es utilizada en las unidades de estado sólido (SSD). Como una interfaz de dispositivo lógica, NVM Express ha sido diseñada desde cero, aprovechando la baja latencia, el paralelismo de los SSD PCI Express, y reflejando el paralelismo de CPUs contemporáneos, plataformas y aplicaciones.

Al permitir que los niveles de paralelismo que ofrecen las unidades SSD sean utilizadas en su totalidad por el hardware y el software del host, NVM Express trae varias mejoras de rendimiento. Los SSDs NVM Express existen tanto en forma de tarjetas de expansión PCI Express, de tamaño estándar, como de unidades de 2,5", que proporcionan una interfaz PCI Express x4 a través de un conector SFF-8639.

Los dispositivos de almacenamiento SATA Express y la especificación M.2 para el montado interno de tarjetas de expansión también soportan NVM Express como la interfaz de dispositivo lógica.

Es la sucesora de la especificación AHCI (Advanced Host Controller Interface).

Ventajas:

• Mejora el rendimiento de las unidades de estado sólido (SSD), aprovechando al máximo el ancho de banda y la capacidad de transferencia de las memorias de los mismos.

• Mejora la eficiencia energética en modo hibernación o suspensión.

Figura 35. SSD estándar de 2,5” y SSD NVMe.

CD, DVD, Blu-ray #

CD Un CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory, Disco Compacto - Memoria de sólo lectura), es un soporte digital óptico utilizado para almacenar cualquier tipo de información (audio, imágenes, vídeo, documentos y otros datos) y que puede ser leído por un ordenador con una lectora de CD. Un CD-ROM es un disco de plástico plano con información digital codificada en una espiral desde el centro hasta el borde exterior.

Tiene un diámetro de 12 centímetros y pueden almacenar hasta 80 minutos de audio (o 700 MB de datos). El disco compacto fue creado por el holandés Kees Immink, de Philips, y el japonés Toshitada Doi, de Sony, en 1979. Al año siguiente, Sony y Philips, que habían desarrollado el sistema de audio digital Compact Disc, comenzaron a distribuir discos compactos, pero las ventas no tuvieron éxito por la depresión económica de aquella época.

Entonces, decidieron abarcar el mercado de la música clásica, de mayor calidad, con el lanzamiento del nuevo y revolucionario formato de grabación audio que posteriormente se extendería a otros sectores de la grabación de datos.

El sistema óptico fue desarrollado por Philips, mientras que la lectura y codificación digital corrió a cargo de Sony. Fue presentado en junio de 1980 a la industria y se adhirieron al nuevo producto 40 compañías de todo el mundo mediante la obtención de las licencias correspondientes para la producción de reproductores y discos.

Una lectora de CD es un dispositivo óptico electrónico que permite la lectura de estos CD-ROM mediante el empleo de un haz de un rayo láser y la posterior transformación de estos en impulsos eléctricos que el ordenador interpreta. Está compuesta por los siguientes elementos:

a) Un cabezal, en el que hay un emisor de rayos láser, que dispara un haz de luz hacia la superficie del disco, y que tiene también un fotorreceptor (foto-diodo) que recibe el haz de luz que rebota en la superficie del disco b) Un motor que hace girar el disco compacto, y otro que mueve el cabezal radialmente.

Con estos dos mecanismos se tiene acceso a todo el disco y se regula la velocidad de acceso (CLV o CAV, consultar más adelante) c) Un DAC (Digital to Analogical Converter), en el caso del CD-audio, y en casi todos los CD-ROM. Es decir, un convertidor de señal digital a señal analógica, la cual es enviada a los altavoces. DAC’s también hay en las tarjetas de sonido, que en su gran mayoría, tienen también un ADC (Analogical to Digital Converter), que hace el proceso inverso, de analógico al digital.

Los CD-ROM’s están escritos por grabadoras de CD, dispositivo similar a la lectora de CD, con la diferencia que hace lo contrario a la lectora, es decir, transformar impulsos eléctricos en un haz de luz láser que almacenan en el CD datos binarios en forma de pozos (pits) y llanos (lands) Para esto, la grabadora crea los pozos y los llanos cambiando la reflectividad de la superficie del CD. Los primeros son zonas donde el láser quema la superficie con mayor potencia, creando ahí una zona de baja reflectividad.

Los segundos, son justamente lo contrario, son zonas que mantienen su alta reflectividad inicial, justamente porque la potencia del láser se reduce. Uno de los parámetros más importantes para medir la calidad de un CD-ROM es el tiempo de acceso. Este es la cantidad de tiempo que le lleva al dispositivo, desde que comienza el proceso de lectura, hasta que los datos comienzan a ser leídos y se calcula como la conjunción:

a) La latencia: tiempo que tarda en pasar el dato por debajo del cabezal de lectura. b) El tiempo de búsqueda: tiempo que lleva mover el cabezal de lectura hasta la posición del disco en la que están los datos. c) El tiempo de cambio de velocidad, con alguno de estos dos tipos: - CLV (Constant Linear Velocity, Velocidad Lineal Constante): la velocidad de giro del motor dependerá de la posición que el cabezal de lectura ocupe en el disco, más rápido cuanto más cerca del centro.

Esto implica un tiempo de adaptación para que este motor tome la velocidad adecuada una vez que conoce el punto en el que se encuentran los datos. - CAV (Constant Angular Velocity, Velocidad Angular Constante): velocidad variable según la posición del dato. En este caso la velocidad de rotación es siempre la misma, así que la velocidad de acceso se verá beneficiada por esta característica y será algo menor.

Este tiempo de acceso depende directamente de la velocidad de la unidad de CD-ROM, ya que los componentes de ésta también dependen de ella. La razón por la que el tiempo de acceso es mayor en los CDROM respecto a los discos duros se encuentra en su construcción, ya que su disposición de cilindros reduce considerablemente los tiempos de búsqueda. Por su parte, los CD-ROM no fueron inicialmente ideados para el acceso aleatorio, sino para el secuencial de los CD de audio.

Los datos se disponen en espiral en la superficie del disco, y el tiempo de búsqueda es por lo tanto mucho mayor. Un CD-R es un formato de disco compacto grabable (Compact Disc Recordable, Disco Compacto Grabable). Se pueden grabar en varias sesiones, sin embargo, la información agregada no puede ser borrada ni sobrescrita, en su lugar, se debe usar el espacio libre que

dejó la sesión inmediatamente anterior. Actualmente las grabadoras llegan a grabar CD-R a 52x, unos 7.800 KB/s. Para muchos ordenadores es difícil mantener esta tasa de grabación y, por ello, las grabadoras tienen sistemas que permiten retomar la grabación ante un corte en la llegada de datos. La capacidad total de un CD-R suele ser: 650 MB 700 MB. El más común. 800 MB 900 MB Un CD-RW es un formato de disco compacto regrabable (Compact Disc ReWritable. Disco Compacto Regragable).

Se trata de un soporte digital óptico utilizado para almacenar cualquier tipo de información. Este tipo de CD puede ser grabado múltiples veces, ya que permite que los datos almacenados sean borrados. Fue desarrollado conjuntamente en 1980 por las empresas Sony y Philips, y comenzó a comercializarse en 1982. Hoy en día, tecnologías como el DVD han desplazado en parte esta forma de almacenamiento, aunque su uso sigue vigente.

En el disco CD-RW la capa que contiene la información está formada por una aleación cristalina de plata, indio, antimonio y telurio. Esta aleación presenta una interesante cualidad: cuando es calentada hasta cierta temperatura, al enfriarse se convierte en cristalina; pero si al calentarse se alcanza una temperatura aún más elevada, al enfriarse queda con estructura amorfa.

La superficie cristalina permite que la luz se refleje bien en la zona reflectante, mientras que la zona con estructura amorfa absorbe la luz. Por ello el CD-RW utiliza tres tipos de luz:

Láser de escritura: se usa para escribir. Calienta pequeñas zonas de la superficie para que el material se torne amorfo. Láser de borrado: se usa para borrar. Tiene una intensidad menor que el de escritura con lo que se consigue el estado cristalino. Láser de lectura: se usa para leer. Tiene menor intensidad que el de borrado. Se refleja en zonas cristalinas y se dispersa en las amorfas.

DVD Al comienzo de los años 90, se estaban desarrollando dos estándares de almacenamiento óptico de alta densidad: uno era el Multimedia Compact Disc (MMCD), apoyado por Philips y Sony; el otro era el Super Density Disc (SD), apoyado por Toshiba, Time-Warner, Matsushita Electric, Hitachi, Mitsubishi Electric, Pioneer, Thomson y JVC.

Philips y Sony abandonaron su formato MMCD y acordaron con Toshiba adoptar el SD, pero con una modificación: la adopción del EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) Plus de Philips, creado por Kees Immink, que a pesar de ser un 6% menos eficiente que el sistema de codificación de Toshiba (de ahí que la capacidad sea de 4,7 GB en lugar del los 5 GB del SD original), cuenta con la gran ventaja de poseer gran resistencia a los daños físicos en el disco (como arañazos o huellas).

El resultado fue la creación del Consorcio del DVD, fundada por las compañías anteriores, y la especificación de la versión 1.5 del DVD, anunciada en 1995 y finalizada en septiembre de

1996. En mayo de 1997, el consorcio DVD (DVD Consortium) fue reemplazado por el foro DVD (DVD Forum). Un DVD tiene una cuantificación de 24 bits, una velocidad de muestreo de 48MHz y un rango dinámico de 144 dB. El disco puede tener una o dos caras (estos últimos apenas se utilizan), y una o dos capas de datos por cada cara (el número de caras y capas determina la capacidad del disco). Los de capa simple tienen una capacidad de 4,7GB y los de doble capa 8,5GB.

Esta capacidad esta expresada en base decimal (la proporcionada por los fabricantes) pero la capacidad real sería, por ejemplo para los de simple cara, de aproximadamente 4,38 gigabytes reales en base binaria o gibibytes (se lo conoce como DVD-5).

El DVD usa un método de codificación más eficiente en la capa física: los sistemas de detección y corrección de errores utilizados en el CD, como la comprobación de redundancia cíclica CRC, la codificación Reed Solomon - Product Code (RS- PC), así como la codificación de línea EMF, que fue reemplazada por una versión más eficiente, EFM Plus, con las mismas características que el EFM clásico.

Como resultado, el formato DVD es un 47% más eficiente que el CD-ROM, que emplea una tercera capa de corrección de errores. A diferencia de los discos compactos, donde el sonido se guarda de manera fundamentalmente distinta que los datos, un DVD correctamente creado siempre contendrá datos siguiendo los sistemas de archivos UDF (Universal Disk Format), con estándar ISO 9660 publicado en 1986 que define el sistema de archivos de un CD.

Igualmente, puede usar Joliet, extensión del estándar ISO 9660 especificado por Microsoft. Los DVD se pueden clasificar:

• Según su contenido: o DVD-Video: películas (vídeo y audio). o DVD-Audio: audio de alta fidelidad. o DVD-Data: todo tipo de datos.

• Según su capacidad de regrabado: o DVD-ROM: sólo lectura, manufacturado con prensa. o DVD-R y DVD+R: grabable una sola vez. La diferencia entre los tipos +R y -R radica en la forma de grabación y de codificación de la información: los +R los pozos son 1´s lógicos mientras que en los -R los pozos son 0´s lógicos. o DVD-RW y DVD+RW: regrabable. o DVD-RAM: regrabable de acceso aleatorio.

Lleva a cabo una comprobación de la integridad de los datos siempre activa tras completar la escritura. o DVD+R DL (dual layer): grabable una sola vez de doble capa. o DVD-ROM almacena desde 4,7 GB hasta 17 GB.

• Según su número de capas o caras: o DVD-5: una cara, capa simple; 4,7 GB o 4,38 GiB - Discos DVD±R/RW. o DVD-9: una cara, capa doble; 8,5 GB o 7,92 GiB - Discos DVD+R DL. La grabación de doble capa permite a los discos DVD-R y los DVD+RW almacenar significativamente más datos, hasta 8,5 GB por disco, comparado con los 4,7 GB que permiten los discos de una capa. Los DVD-R DL fueron desarrollados para DVD Forum por Pioneer Corporation.

DVD+R DL fue desarrollado para el DVD+R Alliance por Philips y Mitsubishi Kagaku Media. Un disco de doble capa difiere de un DVD convencional en que emplea una segunda capa física ubicada en el interior del disco. Una unidad lectora con capacidad de doble capa accede a la segunda proyectando el láser a través de la primera semitransparente. El mecanismo de cambio de capa en algunos DVD puede conllevar una pausa de hasta un par de segundos.

Los discos grabables soportan esta tecnología manteniendo compatibilidad con algunos reproductores de DVD y unidades DVD-ROM. Muchos grabadores de DVD soportan la tecnología de doble capa, y su precio es comparable con las unidades de una capa, aunque el medio continúa siendo considerablemente más caro. o DVD-10: dos caras, capa simple en ambas; 9,4 GB o 8,75 GiB - Discos DVD±R/RW. o DVD-14: dos caras, capa doble en una, capa simple en la otra; 13,3 GB o 12,3 GiB.

Raramente utilizado. o DVD-18: dos caras, capa doble en ambas; 17,1 GB o 15,9 GiB - Discos DVD+R. También existen DVD de 8 cm (no confundir con miniDVD, que son CD que contienen información de tipo DVD video) que tienen una capacidad de 1,5 GB. El DVD Forum creó los estándares oficiales DVD-ROM/R/RW/RAM, y Alliance creó los estándares DVD+R/RW para evitar pagar la licencia al DVD Forum. Dado que los discos

lugar de ello, llevan el logotipo “RW” incluso aunque sean discos que solo puedan grabarse una vez, lo que ha suscitado cierta polémica en algunos sectores que lo consideran publicidad engañosa, además de confundir a los usuarios. La mayoría de grabadoras de DVD nuevas pueden grabar en ambos formatos y llevan ambos logotipos “+RW”y “DVD- R/RW”. La velocidad de transferencia de datos de una unidad DVD está dada en múltiplos de 1.350 KB/s. Las primeras unidades DVD leían datos a velocidad constante (CLV).

Los datos en el disco pasaban bajo el láser de lectura a velocidad constante. Como la velocidad lineal (metros/segundo) de la pista es tanto mayor cuanto más alejados esté del centro del disco (de manera proporcional al radio), la velocidad rotacional del disco se ajustaba de acuerdo a qué porción del mismo se estaba leyendo. Actualmente, la mayor parte de unidades DVD tienen una velocidad de rotación constante (CAV).

La máxima velocidad de transferencia de datos especificada para una cierta unidad y disco se alcanza, solamente, en los extremos del disco. Por tanto, la velocidad media de la unidad lectora equivale al 50-70% de la velocidad máxima para la unidad y el disco. Aunque esto puede parecer una desventaja, tales unidades tienen un menor tiempo de búsqueda, pues nunca deben cambiar la velocidad de rotación del disco.

Blu-ray DISC (BD) El Blu-ray es un formato de disco óptico de nueva generación de 12 cm de diámetro (igual que el CD y el DVD) para vídeo de gran definición y almacenamiento de datos de alta densidad. Su capacidad de almacenamiento llega a 25GB a una capa y a 50GB a doble capa, aunque existen de mayor capacidad. Este formato se impuso a su competidor, el HD DVD (abandonado en el año 2008), en la guerra de formatos iniciada para cambiar el estándar DVD.

El disco Blu-ray hace uso de un rayo láser de color azul con una longitud de onda de 405 nanómetros, a diferencia del láser rojo utilizado en lectores de DVD, que tiene una longitud de onda de 650 nanómetros. Esto, junto con otros avances tecnológicos, permite almacenar sustancialmente más información que el DVD en un disco de las mismas dimensiones y aspecto externo. Blu-ray obtiene su nombre del color azul del rayo láser (blue ray significa “rayo azul”).

El DVD ofreció en su momento una alta calidad, ya que era capaz de dar una resolución de 720x480 (NTSC) o 720x576 (PAL), lo que es ampliamente superado por la capacidad de alta definición ofrecida por el Blu-ray, que es de 1920x1080 (1080p). Además, Blu-ray vino a solucionar dos problemas del DVD:

• En primer lugar, para la lectura en el DVD el láser debe atravesar la capa de policarbonato de 0,6mm en la que el láser se puede difractar en dos haces de luz. Si esta difracción es alta (por ejemplo, si el disco estuviera rayado), impediría su lectura.. Como el disco Blu-ray tiene una capa de tan sólo 0,1mm se evita este problema, ya que tiene menos recorrido hasta la capa de datos; además, esta capa es resistente a las rayaduras.

• En segundo lugar, si el disco DVD estuviera inclinado por igual motivo que el anterior problema, la distorsión del rayo láser haría que leyese en una posición equivocada, dando lugar a errores. En el caso del Blu-ray, gracias a la cercanía de la lente y la rápida convergencia del láser, la distorsión es inferior, pudiéndose evitar los posibles errores de lectura.

Este formato fue desarrollado en conjunto por un grupo de compañías tecnológicas llamado Blu-Ray Disc Association (BDA), liderado por Sony y Philips. Competidores:

• HD-DVD que puede almacenar hasta 30 GB. Se lanzó en 2003 pero se descatalogó en 2008.

• HD-VMD. Tecnología de láser rojo. Utiliza como estándar 4 capas consiguiendo 20 GB, que es comparable a una sola capa de HD DVD (15 GB) o una sola capa de BD (25 GB). Sucesores:

• HVD o disco holográfico versátil, con 6 TB de capacidad. Regrabables al menos durante 5 años.

• Archival Disc (2015- 2016) Está preparado para películas en resolución 4k y se espera capacidad para 300 GB, 500 GB y 1 TB.

• Blu-ray 4K Ultra HD presentado en 2016. Está diseñado para almacenar películas y series de televisión con resolución 4K Ultra HD. Existen tres tipos de discos diferentes, según las capas que se utilicen: 1 capa con 50 GB de tamaño y 82 Mbps de Bitrate, 2 capas con 66 GB de tamaño y 108 Mbps de Bitrate y 3 capas con 100 GB de tamaño y 128 Mbps de Bitrate.

Además del aumento de resolución, el nuevo formato incorpora nuevas tecnologías de imagen y sonido como HDR / Dolby Vision o Digital Bridge que permite copiar la película completa a un disco duro para disfrutarla en otros dispositivos, o transferir una versión digital a un smartphone o una tablet.

Cinta magnética #

La cinta magnética es un soporte de almacenamiento de información que se graba en pistas sobre una banda plástica con un material magnetizado, generalmente óxido de hierro o algún cromato. El tipo de información que se puede almacenar en las cintas magnéticas es variado, como vídeo, audio y datos. Estos dispositivos informáticos de almacenamiento masivo de datos son utilizados, principalmente, para respaldo de archivos y para el proceso de información de tipo secuencial.

Al almacén donde se guardan estos dispositivos se le denomina cintoteca. La grabación magnética conlleva registrar sobre la plástica impulsos magnéticos en forma de señales analógicas o digitales por codificar, de forma que la información puede ser accedida repetidamente.

Una característica de este medio es que la cabeza codificadora debe estar en contacto directo con la superficie magnética y provocar un movimiento constante para ser leída a través de movimiento mecánico, es decir, manualmente o a través de un motor. Los métodos de grabación son una forma de clasificar la tecnología y cada cambio ha reutilizado la cinta magnética para aprovechar el medio de almacenamiento:

• Grabación Lineal: con este tipo de grabación de señales analógicas y digitales registradas en la cinta magnética como audio o datos codificados, se puede observar en las primeras cintas la traza de la señal en forma de línea horizontal, de acuerdo a las necesidades de ingenieros en audio video o datos.

Hubo variantes como la grabación en pistas que comprenden múltiples trazas horizontales grabadas con diferentes cabezas que podían ser reproducidas al mismo tiempo o el Lineal serpentine que, en el momento de llegar al final de la cinta, la cabeza graba en dirección opuesta trazando una segunda línea paralela, esto requirió contar con una mayor capacidad de almacenamiento.

• Grabación Transversal: para aprovechar la superficie grabable de la cinta magnética se diseñó un tambor giratorio, con cuatro cabezas de grabación, para almacenar video. Éste requiere mayor cantidad de información almacenada a lo ancho de la cinta, mientras las cinta estaban en constante movimiento, cada pista está ligeramente inclinada. Muy pocos equipos utilizaron este método de grabación, como las grabadoras Mark I y Mark II de Ampex, que nombraron esta tecnología de grabación como "Quádruplex”.

• Grabación Helical: para perfeccionar el modo de grabación transversal se redujeron de cuatro cabezas a dos que rotan en diferentes ángulos hacia la dirección en la que la

cinta se transporta. Para lograr una secuencia de grabación continua y mayor superficie de cinta aprovechada, se pueden apreciar las trazas de la cinta grabadas diagonalmente a lo largo de ésta.

Figura 36. Grabación lineal, transversal y helical.

Tecnologías: #

• Travan. Una tecnología de cinta que evolucionó a partir del estándar industrial del QIC. El Travan ofrece más capacidad que los formatos anteriores de QIC. Con capacidades que van de los 400 MB a los 20 GB y alcanzan velocidades de hasta 4 MBps, los formatos Travan son idóneos para el respaldo en máquinas individuales o pequeños servidores.

• DAT (Digital Audio Tape Cinta de audio digital). Las cintas DAT surgieron inicialmente como cintas de grabación de audio digital, pero posteriormente SONY y HP definieron el estándar para grabación de datos. Utilizan cinta de 4mm y grabación helicoidal. El cartucho dispone de dos carretes, de forma que la cinta sale del cartucho para ser accedida y se vuelve a enrollar en el mismo cartucho en el otro carrete, como las cintas de audio o de video. Utiliza 4 cabezas, dos grabadoras y dos lectoras.

Las lectoras están situadas detrás de las escritoras de forma que en una escritura verifican lo que la cabeza de escritura ha grabado. Actualmente se dispone de cintas DAT de hasta 80 GB (160 GB con compresión) y velocidades de acceso de hasta 12 MBps. Las cintas deben renovarse tras unas 2.000 regrabaciones.

• DLT (Digital Linear Tape Cinta lineal digital). Tecnología de cintas desarrollada por la Digital Equipment Corporation (DEC). La tecnología DLT utiliza cintas alojadas en cartuchos de un solo carrete. Utiliza grabación lineal, con entre 128 y 208 pistas por cinta según la unidad, permitiendo alcanzar hasta 300 GB por cinta y velocidades de transferencia de 36 MB/s. La tecnología de acceso a la cinta minimiza el desgaste de la misma, pudiendo tener unas 30.000 horas de vida útil cada cinta.

• LTO. El principal de todos ellos es LTO (Linear Tape Open). Presentado por HP, IBM y Seagate. Las unidades LTO estarán destinados a servidores medios/grandes y ambientes de empresa, compite directamente con DLT. Como el nombre indica, LTO es un estándar abierto, ya que por un pequeño pago de derechos cualquier fabricante de unidades puede diseñar y fabricar unidades LTO.

Versiones:

Figura 37. Versiones LTO.

• VXA Variable Speed Architecture. Formato introducido por Ecrix. Están dirigidas a servidores de bajo nivel que pueden haber usado DDS u otros formatos de 8 mm.

Versiones: o VXA-1: capacidad de 33 GB a una velocidad de transferencia de 3 MB/s. o VXA-2: capacidad de 80 GB a una velocidad de transferencia de 6 MB/s. o VXA-3: capacidad de 160 GB a una velocidad de transferencia de 12 MB/s. o VXA-4: capacidad de 320 GB a una velocidad de transferencia de 24 MB/s. o VXA-5: capacidad de 640 GB a una velocidad de transferencia de 48 MB/s.