¿Qué es el disco duro

USB, 29-6-2001
Alejandro Díaz Struck
Luis Esteban López G.
José Luis Angeli
Arturo Cohén Marsik
Dispositivos
Procesador
Cache
Interrupciones
Bus de Control
Bus de Datos
Controladores
Controladores
Controladores
E/S
E/S
E/S
Memoria
Principal
Disco
Disco
Salida de
Gráficos
Red
¿Qué es el disco duro ?
• Sistema de almacenamiento de gran capacidad
• Características:
Gran capacidad, rapidez y reducido coste
• Permiten mantener documentos, archivos y aplicaciones
incluso cuando el computador se encuentra apagado
¿Qué es el disco duro ?
Sus partes
¿Qué es el disco duro ?
Un almacén mecánico
Es el único componente básico de un PC de funcionamiento mecánico Averías
•Varios platos o discos rígidos
•Platos de aluminio o de compuestos
vitrocerámicos de gran rigidez.
•La superficie está recubierta por una
capa muy fina de un material con una
densidad elevada de partículas metálicas
sensibles al magnetismo.
Platos
•La información se almacena mediante variaciones en el campo magnético de las
partículas metálicas.
•El aumento de densidad en los compuestos metálicos ha permitido mayor capacidad
¿Qué es el disco duro?
¿Qué es el disco duro ?
Un almacén mecánico
•Los cabezales son los encargados de leer y escribir, utilizando
campos eléctricos, la información magnética almacenada.
•Mediante unos brazos metálicos, los cabezales se desplazan sobre la
superficie de los platos, sin llegar tocarlos, dejando entre ambos
menos de una décima de milímetro.
• Esta separación entre los cabezales y la superficie de los platos es
producto de presión del aire que desplazan los platos al girar.
¿Qué es el disco duro ?
Un almacén mecánico
•Un cabezal de lectura y escritura
para cada una de las caras de un
plato.
•Todos los brazos están agrupados
Los cabezales de todos los platos
se desplacen al unísono.
•Un sistema electromagnético
mueve el conjunto (brazos y cabezales) sobre un eje, y puede situarlos en cualquier
punto del radio de acción de los brazos.
•Cuando la sección mecánica ha obtenido los datos en forma de impulsos eléctricos,
interviene la parte electrónica.
Estructura y orden
almacenar
la
•Para
información y poder recuperarla
sin problemas y sin pérdida de
tiempo, se dividen las superficies
magnéticas
•La información se organiza en
cilindros, pistas y sectores.
¿Qué es el disco duro ?
¿Qué es el disco duro ?
Estructura y orden
•Los platos se apilan sobre un eje y
pueden almacenar información por
ambas caras.
(De 2 o 3 platos
comúnmente)
•Todas las pistas que ocupan una
misma posición en la superficie de cada
cara de un plato reciben el nombre de
cilindro.
Cluster: Allocation Unit. Es el grupo de uno
o varios sectores que forman la unidad de
almacenamiento básico para un SO.
¿Cómo funciona el DD ?
Funcionamiento mecánico
Los platos del disco duro están girando constantemente a la misma
velocidad. Gracias a ello los brazos, que sirven de soporte a los
cabezales, solamente tienen que rotar un poco sobre su eje, para
cambiar de una pista a otra y llegar, con los cabezales, a la mayor
parte de la superficie de los platos.
El sistema electromagnético que desplaza el grupo de cabezales suele
ser de tipo rotativo, aunque también existen sistemas de tipo lineal.
¿Cómo funciona el DD ?
Funcionamiento mecánico: Rotación
•Los platos alcanzan velocidades de
rotación muy altas entre 3600 y
15000 r.p.m.
•Cuanto mayor es la velocidad de
rotación, más ruidosos son los discos y
más rápido se calientan, lo que acorta
su vida útil.
•La precisión del motor que gira los
platos debe ser muy alta para
garantizar la integridad de los datos
que se almacenan.
El motor de los platos
¿Cómo funciona el DD ?
Funcionamiento mecánico
•Cuando el disco esta en reposo los
cabezales descansan en su superficie.
•Al arrancar el disco, el aire que
desplaza su rotación genera una
presión que mantiene separados a los
cabezales de las superficie magnética.
•Esto permite que puedan acceder a la
información registrada sin necesidad de
entrar en contacto con el disco (sin
causar ningún tipo de desgaste en la
superficie).
Los cabezales y los platos
¿Cómo funciona el DD ?
Buffer y caché
El caché de lectura mejora el rendimiento de un disco, reduciendo el número de accesos
para lecturas repetidas y permitiendo que los datos salgan del disco continuamente,
incluso cuando el bus esté ocupado. Actualemnte el tamaño de los caches de los discos
varían entre 512 Kb hasta 2 Mb (algunos SCSI tienen 16 Mb).
El caché guarda los resultados de las últimas búsquedas (FIFO), y captura
información que probablemente se leerá en un futuro cercano.
Los cache son imprescindibles para poder mantener altas cotas de transferencia.
¿Cómo funciona el DD ?
Buffer y caché
El caché de escritura:
•La unidad informa de la finalización de una operación de escritura en
el momento de recibir los datos, antes de comenzar a grabarlos en el
disco. De esta manera no se producen estados de espera.
•Se optimiza los procesos ya que no hay que esperar que la unidad haya
finalizado una operación de copiado de datos.
Chip del caché
Las interfaces
IDE : Integrated Drive Electronics
•Estándar que controla el flujo de datos entre el procesador y el disco duro (de los
primeros y más significativos estándares introducidos en el hardware de las
computadoras),
•El concepto de IDE fue inicialmente propuesto por Western Digital y Compaq en
1986
•IDE no es un estándar real de hardware, pero sus propuestas fueron incorporadas
en una especificación de interfaz acordada por la industria conocida como ATA
(AT Attachment).
•El estándar ATA paralelo evolucionó de la interfaz AT (IBM Advanced
Technology) y define un comando y un conjunto de registros para la interfaz,
creando un estándar universal de comunicación entre la unidad de disco y la
computadora.
Las interfaces
IDE : Integrated Drive Electronics
•Una de las mayores innovaciones introducidas por IDE fue la
integración de las funciones del controlador de disco en el mismo disco
mejorando el rendimiento).
•Los discos IDE se conectan directamente al bus del sistema sin
necesidad de un controlador separado, por lo que se reduce el costo total.
Las interfaces
EIDE : Enhanced IDE
• ATAPI (AT Attachment Packet Interface): especificación para
soportar periféricos diferentes a los DD, como los CD-ROMs y las
unidades de cinta.
•Permite que otros dispositivos compartan el bus ATA.
Las interfaces
SCSI (Small Computer System Interface)
•El SCSI, como ATA/IDE, es un bus que controla el flujo de datos (entrada y
salida) entre el procesador de la computadora y los periféricos, siendo el más común el
disco duro. Su primera especificación se hizo en 1986.
•La base de esta interfaz es el conjunto de comandos que controlan la transferencia de
datos y las comunicaciones entre dispositivos. CCS (Common Command Set) a
partir de los 80.
•A diferencia del ATA/IDE, SCSI requiere de un host adapter (adaptador de la
máquina) para conectarse al bus PCI o ISA.
•Los controladores reales se encuentran integrados a los dispositivos. Ellos
concatenan los periféricos SCSI al bus SCSI a través del adaptador.
•Cada dispositivo se encuentra identificado por un único numero ID (ID0, ID1,
ID2,...., etc.).
Las interfaces
SCSI (Small Computer System Interface)
•La fortaleza de SCSI radica en el número de dispositivos que puede
controlar.
• SCSI puede manejar hasta 8, o hasta 15, o hasta 30 dispositivos
(incluyendo la tarjeta del adaptador, que cuenta como un dispositivo, y
dependiendo del tipo de SCSI).
•Entre los dispositivos que se pueden conectar al SCSI están: discos
duros, CD-ROM, CD-R, discos ópticos, impresoras, scanners, tarjetas
de redes, etc.
Cables
Las interfaces
SCSI (Small Computer System Interface)
Hay varios tipos de SCSI: SCSI-1, SCSI-2, Wide SCSI, Fast
SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra SCSI-2, Ultra2
SCSI, Ultra160 SCSI, Ultra320 SCSI. Se diferencian en
características como:
•El ancho del bus (en bits)
•La velocidad del bus (MHz)
•Velocidad (MBs)
•Tipo y longitud máxima de los
cables
•Máximo número de dispositivos
por bus
Las interfaces
Otras tecnologías
“Fibra Channel “ o canal de fibra (más rápida que SCSI, llegando
desde 100 MB/s hasta 200 MB/s, y con una longitud máxima para
el cable desde 30m hasta 10km).
• IEEE-1394 (FireWire): “SCSI en serie”. Poco uso, dispositivos
electrónicos. Mejora la velocidad del USB (hasta 400 Mb/s), pero se
ve amenzada ante el desarrollo del USB 2.0
• SMART es una tecnología en discos desarrollada por IBM que
permite a los discos predecir sus propios fallos.
•El Microdrive es el disco duro más pequeño, con un solo plato y sus
características son: capacidad de 170MB o 340MB, 4,500 r.p.m.,
tiempo de búsqueda 15ms, tasa de transferencia de datos entre 32
Mbit/s y 49 Mbit/s.
•Técnica RAID (más adelante)
¿Cómo elegir un disco duro?
¿Qué hay que tomar en cuenta?
Todos los discos duros se caracterizan por una serie de parámetros que nos permiten
hacer comparaciones entres las distintas unidades de disco, por ello, algunos
parámetros son muy importantes a la hora de elegir un buen disco duro.
•La capacidad: es una consideración fundamental (almacén de datos a largo plazo)
•La velocidad de acceso (tiempo de búsqueda o Seek Time)
•La confiabilidad (probabilidad de que falle) MTBF (Mean Time Between
Failures)
•Revoluciones por minuto (r.p.m.)
• Tamaño de la memoria caché
Es importante considerar el tipo de datos que piensa almacenar. Los formatos de
datos actuales (vídeo, sonido y gráficos) pueden requerir varios megabytes de espacio
para almacenamiento, y diferentes velocidades de disco duro (en especial para la
edición y el manejos de videos).
¿Cómo elegir un disco duro?
1. Tiempo de acceso
Cuando se pretende leer la información de un determinado sector, el primer paso
consiste en mover la cabeza de lectura hasta la pista (cilindro) donde se
encuentra dicho sector. Esta búsqueda lleva un tiempo que se conoce como
tiempo de búsqueda y su duración dependerá en cada caso de dónde esté
situada la cabeza de lectura con respecto a la pista que se pretende encontrar.
Los programas que miden este tiempo, toman como medida de referencia el
tiempo requerido para recorrer un tercio del disco. A esto se le denomina
tiempo de búsqueda medio. Suele estar en el orden de los milisegundos.
http://www.mundopc.net/hardware/componen/hdd/images/time.gif
¿Cómo elegir un disco duro?
Una vez que se está en la pista (cilindro) correcta, hay que encontrar el
sector concreto que pretendemos leer; dicho proceso conlleva un
tiempo conocido como período de latencia. Puede ser 0 si la cabeza se
encuentra justo sobre el sector que se busca, o bien, en el peor de los
casos, hay que esperar toda una vuelta. La medida de referencia que se
toma es el período de latencia medio, es decir, lo que se tarda en dar
media revolución. Como la mayoría de los discos duros giran a 3.600
revoluciones por minuto, el tiempo de latencia medio para estos discos
es de 8,33 mseg. Discos duros más rápidos giran a 4.500 revoluciones
por minuto, siendo su periodo de latencia medio de 6,67 mseg.
La suma del tiempo de búsqueda medio más el periodo de latencia medio
es conocido como tiempo de acceso y es el proporcionado por el
fabricante del disco duro. Suele ser del orden de milisegundos.
Tiempo de acceso = tiempo de búsqueda + periodo de latencia
¿Cómo elegir un disco duro?
RAID
•El número de unidades en el arreglo y la manera en que se dividen los
datos esta determinada por el nivel del RAID.
•Los arreglos pueden manejarse por hardware o por software.
•Solo mencionaremos que en los distintos niveles de RAID (de RAID
0 a RAID 10) se pueden incluir diferentes tecnologías como: mirroring,
duplexing, striping y parity; todas estas se refieren a diferentes formas de
copiar, leer y distribuir los datos.
• RAID (rād) Siglas de Redundant Array of
Independent (or Inexpensive) Disks, es una
categoría de discos duros que emplea dos o
más unidades en combinación para lograr un
mejor desempeño o características de
tolerancia a fallos. Los discos Raid son
usados con frecuencia en servidores, pero
normalmente no son necesarios en los
computadores personales.
RAID Levels
• There are number of different RAID levels:
∀ • Level 0 -- Striped Disk Array without Fault Tolerance: Provides data
striping (spreading out blocks of each file across multiple disk drives) but no
redundancy. This improves performance but does not deliver fault tolerance. If
one drive fails then all data in the array is lost.
∀ • Level 1 -- Mirroring and Duplexing: Provides disk mirroring. Level 1
provides twice the read transaction rate of single disks and the same write
transaction rate as single disks.
∀ • Level 2 -- Error-Correcting Coding: Not a typical implementation and
rarely used, Level 2 stripes data at the bit level rather than the block level.
∀ • Level 3 -- Bit-Interleaved Parity: Provides byte-level striping with a
dedicated parity disk. Level 3, which cannot service simultaneous multiple
requests, also is rarely used.
∀ • Level 4 -- Dedicated Parity Drive: A commonly used implementation of
RAID, Level 4 provides block-level striping (like Level 0) with a parity disk. If
a data disk fails, the parity data is used to create a replacement disk. A
disadvantage to Level 4 is that the parity disk can create write bottlenecks.
RAID Levels
∀ • Level 5 -- Block Interleaved Distributed Parity: Provides data striping at
the byte level and also stripe error correction information. This results in
excellent performance and good fault tolerance. Level 5 is one of the most
popular implementations of RAID.
∀ • Level 6 -- Independent Data Disks with Double Parity: Provides blocklevel striping with parity data distributed across all disks.
∀ • Level 0+1 – A Mirror of Stripes: Not one of the original RAID levels, two
RAID 0 stripes are created, and a RAID 1 mirror is created over them. Used for
both replicating and sharing data among disks.
∀ • Level 10 – A Stripe of Mirrors: Not one of the original RAID levels,
multiple RAID 1 mirrors are created, and a RAID 0 stripe is created over these.
∀ • Level 7: A trademark of Storage Computer Corporation that adds caching to
Levels 3 or 4.
∀ • RAID S: EMC Corporation's proprietary striped pairty RAID system used in
its Symmetrix storage systems.