Monografias | Discos magnéticos y unidades de discos

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

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

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

Desde CD-ROM y semejantes sólo son posibles operaciones deentrada.

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

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

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

 

1. Tiene capacidad para almacenar masivamente grandes cantidades de información en reducidos espacios con el consiguiente bajo costo relativo por byte almacenado.

    

    

2. Es memoria "no volátil": guarda largo tiempo los bits almacenados aunque se retire el suministro de energía eléctrica, propiedad que la memoria principal carece.

    

    

3. Permite acceder en pocos segundos, casi directamente, al lugar donde se halla un bloque de datos a leer o escribir, sin necesidad de búsqueda en todos los bloques de datos que le preceden, como ocurre en una cinta magnética.

    

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

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

 

• La mayoría de los programas están almacenados en disco, constituyendo archivos "ejecutables". Cuando se necesita un programa, una copia de éste pasa a memoria principal, para ser ejecutado.

   

   

• Generalmente pasa de disco a memoria una copia del archivo de datos que procesará un programa. Los resultados obtenidos van de memoria a disco, formando parte de dicho archivo o de otro.

   

   

• El disco sirve también para simular una "memoria virtual", de mucho mayor capacidad que la memoria principal existente.

   

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

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

Un disco (sea flexible o duro) sirve de soporte paraarchivos de información. Almacena los bytes de estos archivos en uno o variossectore de pistas circulares (figura 2.2). Ellas son anillos concéntricosseparados lo menos posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas deuna fina capa superficial de material magnetizable (figura 2.4). Este es deltipo usado en las cintas de audio, siendo que las partículas ferromagnéticasque lo componen conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que lasmagnetizó.

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

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

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

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

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

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

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

Con el nivel bajo de tensión se produce una circulación decorriente i_sn por la bobina que envuelve la pieza, con lo cual éstase convierte en un poderoso imán, con sus extremos con un polo sur (S) y otronorte (N).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

En un rígido de dos platos (figura 2.8), y con 4 cabezas(para 4 caras), si una cabeza accede a una pista cualquiera (indicada 20), las 3cabezas restantes del cabezal accederán necesariamente a pistas (indicadas 20)de igual radio, situadas en el espacio una sobre otra, pudiendo considerarse quedichas pistas forman parte de la superficie de un cilindro imaginario (designado20), cuyo radio es el de esas pistas.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

El número que identifica a un cilindro permitelocalizar todas las pistas que lo constituyen. Por ejemplo, el cilindro número20 sirve para localizar en la figura 2.7 las 2 pistas número 20 que puedenescribir o leer las 2 cabezas del cabezal, ubicadas en ambas caras deldisquete.'

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

También puede aparecer como "cilindro 20, pista0", aunque parezca mejor indicar "pista 20 de la cara 0".

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

El sector 15 de esta pista se identifica como "cilindro20, cabeza 1, sector 15".

En una unidad de disco rígido con varios platos (figura2.8), la cabeza (cara) superior del plato más alto se designa 0, la inferiordel mismo plato con el número 1; luego siguen las 2 y 3 del plato siguiente,etc. El cilindro de número 20 sirve para localizar cualquiera de las 4 pistasde número 20, correspondientes a las 4 caras (cabezas) de los 2 platos, siendoque cada una se diferencia por el número (0,1, 2, ó 3) de la cabeza que accedea la misma. Se indica en esa figura la forma de direccionar 4 sectores de número15 pertenecientes a cada una de esas pistas. Así, un sector se indica"cilindro 20, cabeza (head) 3, sector 15", ó "cilindro 2, pista3, sector 15".

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

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

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

 

• La menor unidad de almacenamiento que se puede escribir o leer en forma independiente es el sector', que agrupa 512 bytes (para el DOS y otros sistemas operativos).

   

   

• Un cierto número de sectores -accesibles sin variar la posición de una cabeza- conforma una pista Un número dado de pistas -accesibles sin variar la posición del cabezal en las caras de un disco o platos de un disco rígido- constituyen un cilindro.

   

   

• Tres números deben usarse para escribir o leer datos: número de cilindro, número de cabeza (head), y número de sector. En inglés corresponden a las siglas CHS.

   

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

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

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

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

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

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

 

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

    

    

2. De la densidad radial de pistas (indicada en tpi), que define el total de pistas (cilindros) por cara.

    

Son corrientes los disquetes de 5 ¼" en los que elmaterial magnético admite en cada pista el doble de bits por inch que los de]tipo 2S/2D citados. En éstos, una pista puede tener 15 sectores de 512 Bytes, osea 15 x 5l2 = 7.680 Bytes por pista. Además poseen el doble de densidad radialde pistas: 96 tpi, resultando concretamente 80 pistas por cara. Se conocen como2S/HD, o sea dos caras y alta densidad ("high density"). Resulta así7680 x 80 = 614.400 Bytes por cara, y para las dos caras un total de:

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

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

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

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

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

Igual método de cálculo se aplica a discos rígidos. Así,un rígido de 8 platos, con 1024 pistas (cilindros) por cara, y 63 sectores (de512 Bytes) por pista, tendrá una capacidad por cara de 63 x 512 x 1.024 =33.030.144 Como tiene 8 platos = 16 caras, la capacidad neta total será:33.030.144 x 16 = 520 MB.

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

No es aconsejable forzar la capacidad máxima que admite cadatipo de disquete, so pena de que a mediano plazo pueda comenzar a perder datosalmacenados.

Debe tenerse presente, que la capacidad que aparece indicadaen discos rígidos es "bruta", no ocupable totalmente con archivos. Sepierde en promedio del orden de un 20%, puesto que en cada sector se debenescribir bits con el número que lo identifica, junto con información decontrol, amen de los bits de final e inicio que se usan para separar lossectores contiguos entre sí (figura 2.24). Vale decir, que dicha capacidad serefiere a un disco "virgen", sin formatear. Esto se ejemplifica en elpie de página anterior relacionado con el disquete 2S/2D de 1,2 MB, o sea el de5 ¼".

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

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

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

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

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

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

 

1. El brazo con la cabeza correspondiente a esa cara se sitúa en pocos milisegundos (tiempo "seek", de posicionamiento) directamente sobre el cilindro seleccionado, o sea sobre la pista del cilindro correspondiente a esa cara. Se considera un valor promedio para este tiempo. En la figura 2.10.a este tiempo es el necesario para que la cabeza pase de la pista 17 a la 4.

    

    

2. Una vez que la cabeza se posicionó sobre dicha pista, los sectores de ésta desfilarán debajo de esa cabeza. Cada uno es leído hasta encontrar aquél cuyo número coincida con el enviado a la controladora, en cuyo caso su campo de datos será escrito o leído.

    

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

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

T _acceso = t _{promedioposicionamiento} + t _{promedio latencia}

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

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

Los fabricantes especifican el tiempo de posicionamiento envez del promedio total. También suelen "fabricar" un tiempo de accesoque pondera la mejora electrónica obtenida por la acción de un caché de disco(a tratar), cuando se ordena leer una sucesión de sectores ubicados en unamisma pista o cilindro, y suponen en forma optimista que esto ocurrirá en el40% de los accesos ordenados.

Suponiendo una lectura, una vez que el sector requerido estáfrente a la cabeza activada -luego de transcurrir los tiempos de posicionamientoy de latencia- ella debe leer bit por bit dicho sector, pasando estosbits en serie hacia la electrónica, y luego hacia la interfaz del disco odisquete. El destino final de los bits que conforman el campo de datos de unsector, es la zona de memoria principal (buffer) reservada para esos datos. Aesta zona esos bits leídos llegan en paralelo (de 16 ó 32 por vez) a travésdel bus que une la interfaz con la memoria principal.

T _E/S = t _{posicionamiento}+ t _latencia + t _{transferencia}

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

• Mecanismos de sujección y eyección del sobre protector (con el botón frontal), y para desplazar la ventana de protección.

   

   

• Motor para girar el disco.

   

   

• Otro motor "paso a paso"', para hacer avanzar de pista en pista (de un cilindro al siguiente), a la armadura que porta las dos cabezas (ampliada más en detalle y abierta a la derecha de la figura 2.21). Las cabezas así se mueven en movimiento radial rectilíneo -hacia delante o atrás- hasta el cilindro seleccionado.

   

   

• Sensores para detectar presencia de disquete, y si está protegido contra escritura en su cubierta.

   

   

• Bus de conexión a su interfaz, conocida como "controladora".

   

   

• Circuitos que constituyen la electrónica de este periférico, para accionar los elementos anteriores, conforme a las señales eléctricas que recibe de la controladora (interfaz) de las disqueteras (A y B), a través de conductores del bus de conexionado citado.

   

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

 

• Poner en marcha el motor de giro de la unidad seleccionada (sea la A ó B).

   

   

• Posicionar (mediante el motor paso a paso) la armadura en un determinado cilindro del disquete.

   

   

• Seleccionar cuál de las dos cabezas se activará.

   

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

 

• Aviso de inicio de pista (cuando el agujero correspondiente del disquete coincide con el del sobre).

   

   

• Aviso de escritura protegida.

   

   

• Aviso que datos leídos son enviados a la interfaz.

   

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

Temas anteriores ponían de manifiesto característicascomunes de disquetes y discos rígidos. En lo que sigue se tratan aspectospropios de los rígidos.

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

Por ser de material duro, un rígido no presenta lasdeformaciones de un disquete y permite una mayor precisión en el acceso a cadapista. Al respecto, un servomecanismo permite ubicar y seguir cada pista, locual permite una mayor contabilidad, dada la proximidad entre las pistascontiguas.

El término "duro" ("hard disk" = HD)se refiere a que está constituido por platos rígidos de aluminio, o devidrio con implante cerámico en el presente. Existen discos rígidos fijos comolos que están en una caja hermética en el interior del gabinete de una PC, ytambién los hay removibles, los cuales son transportables. Las unidadesde disco, según el tipo que sean, pueden contener uno o más discos (figura2.6). Típicamente en una PC de escritorio son uno o dos platos, de un diámetrode 3 ½ pulgadas.

Por fabricarse los platos bajo normas estrictas, y variar muypoco de tamaño con la temperatura, el material magnético que los recubrepermite 3000 tpi o más, a la par que 50.000 o más bytes por pista (o sea 100ó más sectores por pista). También ha influido en esto la aplicación de magnetizaciónperpendicular a la superficie de la capa magnetizable (figura 2.23), enlugar de la polarización de superficie (figura 2.5). Resulta así una elevadacapacidad de almacenaje (500 MB - 1 GB o más) en uno o dos platos pequeños, yunidades compactas. Además, por la gran velocidad de giro, y por tener elcabezal movimiento rápido en discos de pequeño radio, se tienecomparativamente cortos tiempos de acceso. Más sectores por cilindroposibilitan que un archivo entre en un solo cilindro, para que el cabezal en loposible no deba cambiar a otro cilindro, resultando más rápida la escritura yposteriores lecturas; a la par que reduce la fragmentación de archivos envarios cilindros, con la pérdida de tiempo que ello ocasiona.

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

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

La estructura en cilindros, pistas y sectores, así como laescritura o lectura de las mismas es similar a la de los disquetes, y dehecho se han tratado al describir los disquetes. Pero en los discos duros cadacabeza se sitúa a unas pocas millonésimas de milímetro (menos que el grosorde un cabello) por sobre la pista que recorre, sin rozarla. Así se evitael desgaste de la superficie del disco debido a la fricción de la cabeza. Cadacabeza flota como un navío catamarán en un colchón de aire producido por lagran velocidad de giro de los platos. Se reservan pistas de un cierto cilindropara estacionar las cabezas cuando el motor se detiene. Actualmente existendiscos con cabezas de semicontacto, o de proximidad, que están encontacto con la superficie de la cara durante cortos tiempos, para sensar mejorvariaciones de campos magnéticos.

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

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

Otra diferencia con las disqueteras, es que los platos de unrígido deben girar sin parar mientras el disco está en uso, aunque no se leano escriban archivos. Puesto que las cabezas no tocan las caras, no hay problemasde desgaste, y tampoco se pierde tiempo hasta que los platos alcancen lavelocidad de rotación requerida.

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

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

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

 

• Capacidad de almacenamiento

   

   

• Fabricante

   

   

• Tipo de unidad (IDE, SCSI)

   

   

• Tiempo promedio de posicionamiento de una pista a otra al azar

   

   

• Velocidad de transferencia

   

   

• Revoluciones por minuto (la latencia a 7200 r.p.m. dura la mitad que a 3600 r.p.m.)

   

   

• Tamaño y performance del caché para disco incorporado a la unidad

   

   

• Costo por MB almacenado

   

El DOS va llenando un disco con archivos, intentando ocuparsectores sucesivos de un mismo cilindro, aunque "no sabe" si estoocurre realmente, o si un archivo está parte en un cilindro y parte en elsiguiente, dado que el DOS ignora que un disco tiene cilindros y pistas, como seexplicó antes.

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

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

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

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

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

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

Hoy día las unidades de disco rígido de más de 80 MB, nousan como las disqueteras un motor paso a paso para ubicar el cabezal en cadapista de un cilindro. El cabezal (figura 2.10.a) no avanza en línea recta, sinoque gira alrededor de un eje, como el brazo de los tocadiscos con púa. Laarmadura se mueve de forma parecida al de la bobina de un parlante ("voicecoil" identifica este sistema de posicionamiento). Sobre la armadura setiene una bobina, la cual está sometida a un fuerte campo magnético creado porun imán permanente que está fijo fuera de la armadura. Cuando el sistema decontrol envía una determinada corriente por la bobina, ésta también genera unpequeño campo magnético, que al accionar con el campo existente, creado por elimán permanente, hace mover bobina, y por ende la armadura hasta la pista(cilindro) seleccionada. Si la cabeza no se encuentra justo sobre dicha pista,tiene lugar un ajuste fino automático de su posición, merced a la existenciade información extra de servocontrol escrita (servowriter) antes de cadasector o en una cara de un plato dedicada a esa información, donde no sealmacenan archivos. Si estas señales al ser sensadas no tienen la amplitudsuficiente, la controladora varía la corriente de la bobina hasta que elcabezal esté justo sobre la pista. Esto permite la localización exacta de cadapista, con independencia de cualquier variación de las dimensiones de losplatos por la temperatura. Resulta así que las cabezas hacen un"seguimiento" de las pistas, de donde deviene su denominación "trackfollowing system". A tal efecto el sistema realiza en formaautomática periódicas autocalibraciones (cada 5 ó 25 minutos) con los discosgirando, actualizando datos sobre variaciones en la memoria de la controladoraIDE o SCSI.

Cuando la unidad de disco se apaga, el cabezal se estacionaautomáticamente (automatic head parking) fuera de las pistas condatos, merced a que un resorte lleva la armadura a una posición fija, que elcampo del imán permanente ayuda a mantener. Al encender el equipo, la fuerzaque se origina al circular corriente por la bobina de la armadura (paraposicionar el cabezal) estira dicho resorte y mueve la misma.

Unidades de discos rígidos anteriores, adecuadas al estándarST506, requerían una interfaz - controladora cuya circuitería estaba enuna plaqueta insertable en un zócalo ("slot"), confunciones análogas a las descriptas al tratar la interfaz - controladora dedisquetera (figuras 2.22 a y b). Los discos con unos 30 MB de capacidad podíancompartir una plaqueta con las unidades de disquetes; pero capacidades mayoresrequerían una plaqueta dedicada, que ocupaba un zócalo más.

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

El microcontrolador maneja los sistemas con servowritercitados anteriormente, corrige sobre la marcha errores de lectura de un sector,maneja un caché de disco, simula hacia el exterior un disco compatible con elsistema operativo y BIOS existentes, y realiza rápidamente otras tareascomplejas. También incluye la mayoría de las funciones de la interfazcontroladora descriptas anteriormente para la unidad de disquetes. La proximidadfísica entre la interfaz y las cabezas evita retardos e interferencias (ruidoseléctricos) en la lectura o escritura, que se produciría si se quieretransmitir a gran velocidad información entre la electrónica de la unidad dedisco y una interfaz más alejada, como la existente para una unidad ST506.

Una unidad IDE es una buena solución de compromiso entrevelocidad y costo para sistemas monotarea corrientes. No requiere de unaplaqueta interfaz especial en la "mother" como la SCSI. Acorde con loanterior, la electrónica de una unidad "inteligente" de disco IDEincorpora funciones tratadas en la interfaz - controladora de disquetera, enparticular en lo concerniente a la existencia de registros direccionables("ports") para enviarle un block de comandos y para recabar el estadode la unidad' mediante la ejecución de subrutinas del BIOS. El microcontroladorde la unidad de disco detecta y lleva a cabo estos comandos (del tipo posicionarlas cabezas en un cilindro, leer o escribir un sector, etc.) mediante la ejecuciónde instrucciones contenidas en su ROM.

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

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

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

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

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

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

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

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

 

• Traduce dichos comandos en señales para que el cabezal se posicione en el cilindro elegido; y que luego la pista correspondiente a la cabeza seleccionada sea leída por ésta hasta encontrar el sector buscado.

   

   

• La cabeza lee el número identificatorio de cada sector que encuentra en la pista que va leyendo, el cual es transmitido a la electrónica IDE, para determinar si es o no el comienzo del sector buscado, a fin de escribir o leer -según sea la orden- los datos en la zona correspondiente del sector buscado.

   

   

• Si es una orden de lectura, todos los bits del sector son leídos en serie por la cabeza. A medida que son leídos se realiza la verificación ECC (semejante a la CRC) y pasan al sector buffer de la electrónica, para ser corregidos de ser necesario.

   

   

• En caso de que dicha lectura sea correcta, la sección interfaz de la electrónica activa su línea IRQ del bus, para que la UCP interrumpa el programa en ejecución, y ejecute una subrutina del BIOS para hacer AIM, de modo de ir sacando del sector buffer los datos.

   

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

 

• De manera inversa, luego de una orden de escritura, los bytes a escribir en el sector van llegando (de a dos) por el bus (desde la memoria) al port de datos, y de éste al sector buffer, luego de lo cual se activa la línea IRQ. Luego los bits pasan en serie hacia la cabeza, para que los escriba en el sector.

   

   

• A medida que escribe o lee los bits de un sector, realiza el cálculo del ECC (figura 2.24), cuyo valor graba a continuación de la zona de datos en una escritura.

   

   

• Realiza en una lectura o escritura, el manejo y control de errores, codificando en un registro port el tipo de error ocurrido.

   

En definitiva, subrutinas del BIOS al enviar comandos a losports de la interfaz (IDE, SCSI u otra) dan origen a lecturas y escrituras en eldisco, siendo que los tiempos de las señales involucradas están determinadospor los circuitos de la interfaz Estos tiempos son más cortos en los últimosmodelos.

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

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

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

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

2¹⁰ = 1024 cilindros; 2⁸ = 256cabezas; 2⁶ = 64 sectores, que son 63, pues el sector 0 nose usa.

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

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

Compatibilizando ambas limitaciones, resultan 1024 cilindros,16 cabezas y 63 sectores, que hacen el límite de los 504 MB calculados; aunqueEl BIOS por separado permitiría 1024 x 256 x 63 x 0,5 = 8 GB, mientras que porsu parte, una interfaz IDE permitiría una capacidad de hasta 65536 x 16 x 63 x0,5 = 128 GB.

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

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

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

Una forma de compatibilizar discos de más de 504 MB es lasiguiente. Sea un disco de 1 GB que físicamente presenta 2 platos (4 cabezas),y cuyas pistas tienen un número distinto de sectores, que aumenta desde elcentro hacia el borde, superando los 63, como se trató más atrás. Este discopara la unidad IDE se caracterizaría físicamente como equivalente a un discode 4096 cilindros, 4 cabezas, y 63 sectores de 0,5 KB por pista, dado que 8192 x4 x 63 x 0,5 = 1 GB. La geometría del disco real resulta así invisible alexterior. Si se divide 8192 por N=8 resulta 1024, y si se multiplica 4 por N=8resulta 32. De este modo, un disco que tuviera 1024 cilindros, 16 cabezas y 63sectores por pista también tendría 1024 x 32 x 63 x 0,5 = 1 GB, pero losvalores 1024 y 32 son compatibles para subrutinas del BIOS, según se describió.

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

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

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

Según se expuso antes (figuras 2.4 y 2.5), una cabeza(bobina) mientras graba magnetiza en la pista grupos de pequeñas partículasmicroscópicas de óxido de hierro (no una sola), dando lugar a pequeños imanesque originan campos magnéticos en la superficie del disco, cuya polarización(S-N o N-S) depende del sentido de la corriente de la bobina. En las figuras2.26 b, e, h aparecen pistas grabadas dibujadas rectilíneas, siendo que en lasmismas se enfrentan dos polos iguales cuando cambia de nivel la señal eléctricaque se aplica a la cabeza (figuras 2.26 a, d, g), lo cual hace cambiar elsentido de la corriente que circula.

Cuando la misma cabeza debe leer, sensa dichos campos,detectando campos magnéticos existentes debidos a imanes enfrentados (norte contranorte, sur contra sur). Vale decir, no detecta si existe o no campomagnético, sino inversiones en el flujo (campo) magnético, cuando seenfrentan dos polos iguales. En una lectura, al pasar la cabeza por cada unade estas inversiones, se genera en la bobina una corriente eléctricaque da lugar a una señal constituida por un breve pulso eléctrico (figura2.26 c, f, i). Los pulsos así generados, al ser decodificados por la electrónicacorrespondiente, permiten reconstruir la señal que excitó la bobina de lacabeza durante la escritura de la pista, y así decodificar los ceros y unos enel sector leído.

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

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

Los tres métodos de codificación que se discutirán tienenen común:

 

• Los unos y ceros a grabar están separados igual intervalo de tiempo entre sí; y

   

   

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

   

Una codificación emplea inversiones de flujo extras paraseparar bits, y otra las usa sólo para separar ceros. Estas inversiones usadaspara demarcar bits -que en correspondencia requieren cambios de nivel en las señaleseléctricas que se aplican a una cabeza- se denominan "clocks", en elsentido que sirven para autosincronismo, a fin de poder determinar tiempos deduración de bits.

En la grabación de disquetes se usa principalmente el métodode codificación conocido como MFM (Modulación de FrecuenciaModificada). En los rígidos la técnica anterior se ha reemplazado por otraconocida como RLL ("Run Lenght Limited", traduciblecomo "longitud limitada de ceros corridos" o sea sucesivos), quepermite hasta un 50% más de densidad de grabación. Ambas codificaciones sonmejoras sucesivas del denominado método de grabación FM("Frecuencia Modulada").

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

Dado que en la codificación FM, para grabar un uno senecesita dos inversiones de campo magnético en la pista, fue reemplazada por laMFM, que pen-nite codificar un wio con una sola inversión de campo, siendo quesólo usa inversión para indicación de comienzo de bit, cuando un cero estáprecedido por otro cero.

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

Para los discos rígidos de gran capacidad fue necesarioaumentar la densidad de grabación, para lo cual se creó la codificación RLL2,7 que permite con un menor número de inversiones de flujo codificar unamayor cantidad de bits (hasta 50% más que con MFM). A tal fin, una sucesión debits a escribir se descompone, a partir del primero, en sucesivos grupos de bitscuya codificación en RLL 2,7 se recuadra en la figura 2.26.

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

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

La figura 2.26 g permite apreciar que si bien la codificaciónRLL requiere el doble de los bits originales a escribir, el número deinversiones de flujo es menor que en MFM, resultando en comparación unaganancia en la densidad de bits almacenados, que estadísticamente puede llegaral 50%.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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