Memorias ópticas y magnéticas : UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, MECÁNICA Y MINAS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
ELECTRÓNICA
Memorias ópticas y magnéticas
:
SISTEMAS DIGITALES II
AREA
:
DOCENTE ING. FACUNDO PALOMINO Q.
ALUMNOS
:
Gabriel Ttito Cáceres
Jesus Huaman Romoacca
Matheus Rimachi Quispe
CUSCO – PERU
MEMORIAS OPTICAS Y MAGNETICAS
ALMACENAMIENTO MAGNETICO
DISCO DURO MAGNETICO:
Los discos duros se presentan recubiertos de una capa magnética delgada, habitualmente
de óxido de hierro, y se dividen en unos círculos concéntricos cilindros (coincidentes con
las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco (primer cilindro) y
terminan en la parte interior (último). Asimismo estos cilindros se dividen en sectores,
cuyo número esta determinado por el tipo de disco y su formato, siendo todos ellos de un
tamaño fijo en cualquier disco. Cilindros como sectores se identifican con una serie de
números que se les asignan, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada cilindro se
reserva para propósitos de identificación mas que para almacenamiento de datos. Estos,
escritos/leídos en el disco, deben ajustarse al tamaño fijado del almacenamiento de los
sectores. Habitualmente, los sistemas de disco duro contienen más de una unidad en su
interior, por lo que el número de caras puede ser más de 2. Estas se identifican con un
número, siendo el 0 para la primera. En general su organización es igual a los disquetes.
La capacidad del disco resulta de multiplicar el número de caras por el de pistas por cara
y por el de sectores por pista, al total por el número de bytes por sector.
Para escribir, la cabeza se sitúa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso
de corriente, lo cual crea un campo magnético en la superficie. Dependiendo del sentido
de la corriente, así será la polaridad de la celda. ara leer, se mide la corriente inducida por
el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar sobre una zona detectará un
campo magnético que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicará si
en esa posición hay almacenado un 0 o un 1. En el caso de la escritura el proceso es el
inverso, la cabeza recibe una corriente que provoca un campo magnético, el cual pone la
posición sobre la que se encuentre la cabeza en 0 o en 1 dependiendo del valor del
campo magnético provocado por dicha corriente.
Los componentes físicos de una unidad de disco duro son:
LOS DISCOS (Platters)
Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente 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.
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 desempeño 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 este esta girando 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.
EL EJE
Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran
los platos del disco.
"ACTUADOR" (actuator)
Es un motor que mueve la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y
el borde externo de los discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electromagneto
empujado contra magnetos fijos para mover las cabezas a través del disco. La
controladora manda más corriente a través del electromagneto para mover las cabezas
cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza
nuevamente hacia el centro del disco sobre una zona donde no se guardan datos. Dado
que todas las cabezas están unidas al mismo "rotor" ellas se mueven al unísono. Mientras
que lógicamente la capacidad de un disco duro puede ser medida según los siguientes
parámetros:
Cilindros
El concepto cilindro es un parámetro de organización: el cilindro está formado por las
pistas concéntricas de cada cara de cada plato que están situadas unas justo encima de
las otras, de modo que la cabeza no tiene que moverse para acceder a las diferentes
pistas de un mismo cilindro.
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 mas 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 H D 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 esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas exteriores
son más grandes que las interiores, las exteriores contienen mas sectores.
DISCOS FLEXIBLES:
Un disco flexible es un disco plástico flexible que es cubierto del material magnético y
cubierto por una chaqueta protectora, que es usada principalmente para almacenar los
datos del ordenador para almacenar datos magnetically. El disco flexible también es
llamado el disquete. El disquete no es el equipo estándar más largo en ordenadores.
Almacenamiento de datos en discos flexibles
Dentro de la unidad de disco, un motor hace girar el disco rápidamente, los datos se
graban en las pistas de la superficie del disco en movimiento y se leen de esa superficie
por medio de una cabeza de lectura y escritura.
La capacidad de almacenamiento de información en un disco depende de los bits por
pulgada de pista y el número de pistas por pulgada radial.
La lectura de datos en un disco flexible se realiza de la siguiente manera:
El brazo de acceso mueve la cabeza de lect./esc a la pista que se específica en la
dirección del disco.
El controlador de disco busca el agujero índice que marca el punto donde
comienza el primer sector de una pista, la luz atraviesa el agujero una vez cada
revolución para indicar su ubicación.
Cuando se detecta el agujero índice, el controlador de disco comienza a leer los
datos de la pista específica.
Cuando el sector específico comienza a pasar bajo la cabeza de lect/esc el
controlador empieza a transmitir datos a la unidad de proceso.
CINTA MAGNETICA:
La cinta magnética es un tipo de medio o soporte de almacenamiento de datos 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.
Hay diferentes tipos de cintas, tanto en sus medidas físicas, como en su constitución
química, así como diferentes formatos de grabación, especializados en el tipo de
información que se quiere grabar.
Su uso también se ha extendido para el almacenamiento analógico de música (como el
casete de audio) y para vídeo, como las cintas de VHS .
Métodos de Grabación
Grabación Lineal. Con la grabación de señales análogas y digitales que se registran 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 al momento de llegar al final
de la cinta la cabeza grabada en dirección opuesta trazando una segunda línea parealela
lo que dio inicio a la necesidad a 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 el cual
requiere mayor cantidad información almacenada a lo ancho de la cinta, mientras las cinta
estaba 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 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 esta.32
Otros usos de la cinta magnética es la derivación a banda magnética empleada para
la certificación de documentos, pagos por medio de tarjetas bancarias, validación de
boletos y tarjetas de identificación, emplean la ADC (analogue to digital converter).Las
señales digitales representan bits de información de cero a uno, el lector transforma
estas señales en datos de información. Los formatos empleados son análogos y/o
simbología de código de barras para transformarlos a caracteres ASCII.33
Con el método de grabación Lineal, Transversal (Transverse Wave), Escaneo Helical
(Helical Scan) y el siguiente método de grabación que sustituye a la cabeza de
grabación por el lector y grabador con tecnología láser empleando el método de
Grabación perpendicular o Fotónica del Spin (Photonics of Spin). Para su fabricación y
estandarización se emplean diversos formatos de transportación de la cinta magnética
para incorporarlos al equipo como un componente con el fin de lograr satisfacer las
necesidades de grabación auditiva, audiovisual y datos extiendiendose dependiendo
de su éxito del mercado profesional al mercado de consumo.
MEMORIA OPTICA

Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos
grabados con un láser en la superficie de un disco circular. La información se lee
iluminando la superficie con un diodo láser y observando la reflexión. Los discos
ópticos
son
no
volátil
y
de
acceso
secuencial.
* CD, CD-ROM, DVD: Memorias de simplemente solo lectura, usada para distribución
masiva de información digital (música, vídeo, programas informáticos).
* CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única usada como memoria terciaria y
fuera
de
línea.
* CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida
usada
como
memoria
terciaria
y
fuera
de
línea.
* Blu-ray: Formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y
datos. Para su desarrollo se creó la BDA, en la que se encuentran, entre otros, Sony o
Phillips.
* HD DVD
Las memorias ópticas presentan un gran potencial de almacenamiento, lo que está
produciendo su expansión con la aparición de sistemas de lectura-escritura más Las
memorias ópticas presentan un gran potencial de almacenamiento, lo que está
produciendo su expansión con la aparición de sistemas de lectura-escritura más
económicos. Estos sistemas poseen densidades de almacenamiento extremadamente
altas. El almacenamiento óptico también es adecuado para la utilización de sistemas
extraíbles, y los sistemas ópticos son más resistentes y fiables que los magnéticos, al
no existir la posibilidad de colisión de las cabezas que había en éstos, además de ser
mucho más duraderos. Un sistema de almacenamiento óptico utiliza métodos ópticos
para leer y/o escribir datos sobre un soporte de disco, en esencia un haz láser que
explora las variaciones de dos estados de reflexión sobre una superficie especial.
Existen distintas tecnologías que llevan a cabo estas operaciones: hay que distinguir
entre unidades de disco de sólo lectura y de lectura-escritura.
CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory):
En primer lugar, un CD-ROM es básicamente una adaptación del sistema de grabación de
audio digital (un CD de audio no es más que una ROM, de unos 500Mbytes de capacidad,
leída por medios ópticos mediante un haz láser).
Los datos, con formato digital, se escriben en discos maestros mediante un equipo
especial de grabación que hace unos surcos microscópicos en la superficie del disco,
obteniéndose a partir de este disco maestro las copias mediante un proceso mecánico
de presión, con lo que las copias así realizadas poseen contenidos de información
fijos. La información codificada en los surcos se puede leer detectando, mediante un
fotodetector incorporado al haz láser, los cambios en la reflexión del elemento de
superficie iluminado por el láser. Gracias al desenfoque del haz en la capa más
externa de la superficie, se puede conseguir gran insensibilidad frente al polvo e
imperfecciones de la misma.
Estos discos están formados por un disco de policarbonato de 120 mm de diámetro y 1.2
mm de espesor. Los hoyos miden 0.12 μm (micrones) de profundidad y 0.6 μm de
anchura. La separación entre dos vueltas contiguas de la espiral es de 1.6 μm, lo que
arroja una densidad de 16,000 pistas por pulgada (tpi), muy superior a la de los discos
flexibles (hasta 96 tpi) y a la de los duros (varios cientos de tpi). La longitud a lo largo de
la pista de los hoyos y los espacios planos situados entre ellos oscila entre 0.9 y 3.3 μm
(ver figura 4.25). La acumulación de tan diminutos espacios produce un resultado
asombroso: la longitud total de la pista espiral del disco CD ROM es de casi cinco
kilómetros, y a lo largo de ella se ordenan casi 2,000 millones de hoyos.
Grabamos la superficie plástica, damos un baño de aluminio y nuevamente otra superficie
plástica, finalmente imprimimos una de las caras, contra lo que muchos podrían pensar, la
capa de datos es la capa superior, es decir, aquella que está impresa y por lo tanto el haz
de luz debe atravesar los 1.2 mm de espesor del CD para llegar hasta los datos. Prueba
de esto es el que a menudo nuestros CDs presentan pequeñas muescas o rayazos y aun
así los datos siguen siendo accesibles, esto es debido a varias razones, en primer lugar
los métodos de redundancia y recuperación de errores implementados, pero además es
que muchos de estos arañazos no afectan a la capa de datos que está en la cara opuesta
del CD. Pequeñas ralladuras en la capa impresa pueden afectar a los datos y contra lo
que cabría esperar serían más perjudiciales de cara a la recuperación de estos.
El mecanismo de lectura de un CD es mostrado en la figura 4.27 y se describe con detalle
a continuación:
Un haz de luz coherente (láser) es emitido por un diodo de infrarrojos hacia un espejo que
forma parte del cabezal de lectura que se mueve linealmente a lo largo de la superficie del
disco. La luz reflejada en el espejo atraviesa una lente y es enfocada con precisión sobre
un punto de la superficie del CD. Esta luz incidente se refleja en la capa de aluminio. La
cantidad de luz reflejada depende de la superficie sobre la que incide el haz. Así,
decíamos que sobre la superficie de datos del disco se imprimen una serie de hoyos, si el
haz de luz incide en un hoyo esta se difunde y la intensidad reflejada es mucho menor con
lo que solo debemos hacer coincidir los hoyos con los ceros y los unos con la ausencia de
hoyos y tendremos una representación binaria. Pero en realidad, aunque por simplicidad
se cuente así en algunos libros, lo que ocurre es que el haz de luz al llegar a una
transición entre hoyo y meseta, se divide en dos haces desfasados 180 grados entre si
con lo que se anulan y hacen que la luz no llegue al sensor. La luz reflejada se encamina
mediante una serie de lentes y espejos a un fotodetector que recoge la cantidad de luz
reflejada. La energía luminosa del fotodetector se convierte en energía eléctrica y
mediante un simple umbral nuestro detector decidirá si el punto señalado por el puntero
se corresponde con un cero o un uno.
CD-R (Compact Disc Recordable):
Un CD-R es un formato de 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 7800 KB/s.
Para muchos ordenadores es difícil mantener esta tasa de grabación y por ello la
grabadoras tienen sistemas que permiten retomar la grabación ante un corte en la llegada
de datos.
Tiene una pista en forma de espiral como el CD-ROM, pero, en lugar de hacerse agujeros
mecanicamente sobre el disco para representar los datos, el CD-R emplea un laser para
quemar agujeros microscopicos en una superficie con tinte organico. Cuando se calienta
mas alla de una temperatura critica con un haz laser durante la operación de lectura,los
puntos quemados cambian de color reflajan menor luz que las areas no quemadas.
La capacidad total de un CD-R suele ser:




650 MB = 681,57 millones de bytes
700 MB = 734 millones de bytes. El más común.
800 MB = 838 millones de bytes.
900 MB = 943 millones de bytes.
Esta capacidades son válidas para discos de datos. Los formatos VCD, SVCD o el CDAudio usan otro formato, el CD-XA que utiliza partes del CD que en los CD de datos se
utilizan para corrección de errores. Así se obtiene un 13,5% más de capacidad a cambio
de una mayor sensibilidad a arañazos y otras agresiones.
CD-RW (Compact Disc ReWritable):
Un disco compacto regrabable, conocido popularmente como CD-RW pero
originalmente la R y la W se usaban como los atributos del CD que significan "read" y
"write") es 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. 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 que presenta una interesante cualidad: si se calienta hasta cierta
temperatura, cuando se enfría deviene cristalino, pero si al calentarse se alcanza una
temperatura aún más elevada, cuando se enfría queda con estructura amorfa. La
superficie cristalina permite que la luz se refleje bien en la zona reflectante mientras que
las zonas con estructura amorfa absorben 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 (Digital Versatile Disk):
Ante la necesidad de más capacidad, sobre todo en el almacenamiento de vídeo, se ha
creado un nuevo formato de mayor capacidad. A primera vista, un disco DVD es
indistinguible de un CD convencional.
El DVD no sólo representa un logro tecnológico impresionante, sino también diplomático.
Este sistema permite el almacenamiento de 4.7 GB a 17 GB de datos, suficiente para
almacenar una película de larga duración y se espera de él que sustituya a los actuales
videos VHS, a los CD-ROM y a los láser-Disk. La especificación DVD soporta discos de
gran capacidad con tasas de acceso de 600KBps a 1.3 MBps. Además las unidades DVD
permiten leer los CD-ROM estándar, CD-I y vídeo CD.
Se requieren dos moldes para hacer un disco DVD, que consta de dos discos de 0'6 mm
pegados, que se unen en un proceso de unión en caliente para los de una capa y con un
proceso de unión para los de dos capas. En los de doble capa, se añade una capa semireflectante para que se puedan leer ambas capas desde una misma cara del disco.
El secreto para la alta capacidad en una superficie igual a la de los CDs es que el tamaño
mínimo de una marca en un DVD de una cara es de 0'44 micras, frente a las 0'83 micras
del CD; además, la distancia entre marcas es de 0'74 micras, frente a las 1'6 micras para
el CD. Todo ello da lugar a la posibilidad de hacer hasta 4 veces más marcas que en un
CD, es decir, a mayor densidad de datos, o lo que es lo mismo, mayor capacidad.
El tamaño más pequeño de cada marca, por tanto, implica también un láser de menor
longitud de onda, que en el DVD es rojo y de 635 a 650 nanómetros, frente a los 780
nanómetros del láser del CD. Otra característica importante es que la segunda capa de
datos del disco DVD puede leerse desde lamisma cara que la primera capa o desde la
cara contraria, pero los datos se almacenan en una pista espiral inversa, de modo que el
láser solamente tiene que hacer un pequeño ajuste muy rápido para leer la segunda capa.
Hay dos tamaños físicos: 12cm (4.7 pulgadas) y 8 cm (3.1 pulgadas), ambos 1.2 mm de
grueso. Son las mismas dimensiones que el CD.
Existen 4 versiones del DVD atendiendo a su capacidad:
DVD-5: de una sola cara, con una sola capa y una capacidad de 4'7GB.
DVD-9: de una sola cara, con doble capa y una capacidad de 8'5GB.
DVD-10: de doble cara, con una sola capa y una capacidad de 9'4GB.
DVD-18: de doble cara, con doble capa y una capacidad de 17GB.
Cada lado puede tener una o dos capas de datos. La cantidad de vídeo que un disco
puede almacenar depende de cuanto audio acompañe al disco y de lo fuertemente que
este comprimido el audio y el vídeo. A una aproximada velocidad media de 4.7 Mbps (3.5
Mbps para vídeo, 1.2 Mbps para tres pistas de audio de 5.1 canales), un DVD de simple
capa contiene sobre dos horas. Una película de dos horas con tres pistas sonoras puede
tener una media de 5.2 Mbps. Un disco de doble capa puede almacenar una película de
dos horas a una media de 9.5 Mbps.
DVD-ROM
Método de almacenamiento de sólo lectura de alta capacidad. Tanto externamente como
internamente las unidades CD-ROM y DVD-ROM son bastante similares. Sin embargo,
existe una diferencia importante en el láser: el láser tiene dos lentes sobre un eje que se
intercambian, una para leer DVD’s y la otra para leer CDs. En cuanto a la velocidad,
tenemos que tener en cuenta que un DVD 1x transfiere datos a 1.250KB/s, equivalente a
una unidad de CD-ROM 8x, y en 1998 se han hecho populares las unidades DVD 2x, con
una transferencia de 2.700KB/s, equivalentes a un CD 18x y han empezado a parecer las
unidades DVD 5x, con una trasferencia de 3'5MB/s. Las unidades DVD-ROM inicialmente
tuvieron ciertos problemas de compatibilidad con los discos CD-R y CD-RW, porque la
reflectividad de la superficie de estos discos los hacía imposibles de leer para la mayoría
de las unidades DVD. Para los CD-RW, esto se resolvió con un láser de longitud de onda
dual, y desde finales de 1998, disponemos de unidades DVD capaces de leer cualquier
tipo de discos grabables o regrabables, tanto por CD como por DVD.
DVD-RAM.
Variante grabable y regrabable del DVD; similar al CD-RW. Los discos DVD-RAM vienen
dentro de cartuchos, imprescindibles para realizar la grabación, pero solamente algunos
tipos de cartuchos permiten sacar el disco una vez grabado para ser leído por la unidad
DVD-ROM, por lo que mientras no se fabriquen unidades capaces de leer los discos
dentro del los cartuchos, las unidades DVD-RAM quedan destinadas solamente a copias
de seguridad personales pero no universalmente compatibles. Sin embargo, una posible
ventaja de estas unidades es que además de permitir grabar, borrar y regrabar los datos
alcanzando capacidades de hasta 4'7GB, son capaces de leer discos CD-ROM, CD-R y
CD-RW, además de los discos DVD-ROM.