Almacenamiento en disco

El almacenamiento en disco (también llamado a veces almacenamiento en unidad ) es un mecanismo de almacenamiento de datos basado en un disco giratorio. La grabación emplea diversas modificaciones electrónicas, magnéticas, ópticas o mecánicas en la superficie del disco. Una unidad de disco es un dispositivo que implementa dicho mecanismo de almacenamiento. Los tipos más conocidos son los discos duros (HDD), que contienen uno o más platos rígidos no extraíbles ; la unidad de disquete (FDD) y su disquete extraíble ; y diversas unidades de disco óptico (ODD) y sus soportes de disco óptico asociados .

(Los términos «disk» y «disc» se usan indistintamente, excepto cuando las marcas registradas impiden un uso u otro, por ejemplo, el logotipo de Compact Disc. La elección de una forma en particular suele ser histórica, como en el caso del uso que hizo IBM de la forma «disc» a partir de 1956 con la « unidad de almacenamiento en disco IBM 350 ».)

La información de audio se grababa originalmente mediante métodos analógicos (véase Grabación y reproducción de sonido ). De forma similar, el primer disco de vídeo utilizaba un método de grabación analógico. En la industria musical, la grabación analógica ha sido sustituida en gran medida por la tecnología óptica digital , donde los datos se graban en formato digital con información óptica.

El primer dispositivo comercial de almacenamiento digital en disco fue el IBM 350 , lanzado en 1956 como parte del sistema informático IBM 305 RAMAC . El almacenamiento de acceso aleatorio y baja densidad de los discos se desarrolló para complementar el almacenamiento de acceso secuencial y alta densidad que ya se utilizaba en las unidades de cinta magnética . La intensa innovación en la tecnología de almacenamiento en disco, junto con una innovación menos intensa en el almacenamiento en cinta, ha reducido la diferencia en el costo de adquisición por terabyte entre el almacenamiento en disco y el almacenamiento en cinta; sin embargo, el costo total de propiedad de los datos en disco, incluyendo energía y administración, sigue siendo mayor que el de la cinta. ^{[ 1 ]}

El almacenamiento en disco se utiliza actualmente tanto en el almacenamiento informático como en el de dispositivos electrónicos de consumo, por ejemplo, en CD de audio y discos de vídeo ( VCD , DVD y Blu-ray ).

En los discos modernos, los datos se almacenan en bloques de longitud fija, generalmente llamados sectores , cuya longitud varía desde unos pocos cientos hasta miles de bytes. La capacidad bruta de un disco duro es simplemente el número de superficies del disco multiplicado por el número de bloques por superficie y por el número de bytes por bloque. En ciertas unidades IBM CKD antiguas, los datos se almacenaban en discos magnéticos con bloques de longitud variable, llamados registros; la longitud de los registros podía variar dentro de un mismo disco y entre diferentes discos. La capacidad disminuía a medida que disminuía la longitud de los registros debido a los espacios necesarios entre bloques.

Las unidades de disco digital son dispositivos de almacenamiento en bloques . Cada disco se divide en bloques lógicos (conjuntos de sectores). Los bloques se direccionan mediante sus direcciones de bloque lógico (LBA). La lectura y escritura en el disco se realiza a nivel de bloque.

Originalmente, la capacidad de los discos era bastante baja, pero se ha mejorado de diversas maneras. Las mejoras en el diseño mecánico y la fabricación permitieron el uso de cabezales más pequeños y precisos, lo que significó que se pudieran almacenar más pistas en cada disco. Los avances en los métodos de compresión de datos permitieron almacenar más información en cada uno de los sectores individuales.

La unidad almacena datos en cilindros, cabezales y sectores . El sector es la unidad de datos más pequeña que se puede almacenar en un disco duro, y a cada archivo se le asignan varias unidades de sector. La unidad más pequeña de un CD se llama trama, que consta de 33 bytes y contiene seis muestras estéreo completas de 16 bits (dos bytes × dos canales × seis muestras = 24 bytes). Los otros nueve bytes consisten en ocho bytes de corrección de errores CIRC y un byte de subcódigo utilizado para el control y la visualización.

La información se envía desde el procesador del ordenador a la BIOS, donde se encuentra un chip que controla la transferencia de datos. Esta información se transmite al disco duro mediante un conector multihilo. Una vez que los datos llegan a la placa de circuitos del disco, se traducen y comprimen a un formato que el disco puede utilizar para almacenarlos. Posteriormente, los datos se transfieren a un chip en la placa de circuitos que controla el acceso al disco. El disco se divide en sectores de datos que se almacenan en una de las caras de uno de los discos internos. Un disco duro con dos discos internos normalmente almacena datos en sus cuatro superficies.

El hardware de la unidad indica al brazo actuador la trayectoria que debe seguir. La información comprimida se envía al cabezal, que modifica las propiedades físicas (ópticas o magnéticas, por ejemplo) de cada byte de la unidad, almacenando así la información. Un archivo no se almacena de forma lineal, sino que se guarda en el orden óptimo para su rápida recuperación.

Mecánicamente, se producen dos movimientos distintos dentro de la unidad. Uno es la rotación de los discos dentro del dispositivo. El otro es el movimiento lateral del cabezal sobre el disco al desplazarse entre las pistas.

Existen dos tipos de métodos de rotación de discos:

• La velocidad lineal constante (utilizada principalmente en el almacenamiento óptico) varía la velocidad de rotación del disco óptico en función de la posición del cabezal, y
• La velocidad angular constante (utilizada en discos duros, disqueteras estándar, algunos sistemas de discos ópticos y discos de vinilo ) hace girar el soporte a una velocidad constante, independientemente de la posición del cabezal.

El posicionamiento de las pistas también sigue dos métodos diferentes en los dispositivos de almacenamiento en disco. Los dispositivos de almacenamiento enfocados en guardar datos informáticos, como los discos duros (HDD), las disqueteras (FDD) y las unidades Zip de Iomega , utilizan pistas concéntricas para almacenar datos. Durante una operación de lectura o escritura secuencial, después de que la unidad accede a todos los sectores de una pista, reposiciona el cabezal o los cabezales a la siguiente pista. Esto provoca un retraso momentáneo en el flujo de datos entre el dispositivo y el ordenador. En cambio, los discos ópticos de audio y vídeo utilizan una única pista en espiral que comienza en el punto más interno del disco y fluye continuamente hacia el borde exterior. Al leer o escribir datos, no es necesario detener el flujo de datos para cambiar de pista. Esto es similar a los discos de vinilo, excepto que estos últimos comenzaban en el borde exterior y se extendían en espiral hacia el centro.

La interfaz de la unidad de disco es el mecanismo/protocolo de comunicación entre el resto del sistema y la propia unidad de disco. Los dispositivos de almacenamiento destinados a ordenadores de sobremesa y portátiles suelen utilizar interfaces ATA ( PATA ) y SATA . Los sistemas empresariales y los dispositivos de almacenamiento de gama alta suelen utilizar interfaces SCSI , SAS y FC , además de algunas interfaces SATA.

Disco

Generalmente se refiere a medios y dispositivos magnéticos.

Desct

Requerido por las marcas registradas para ciertos soportes y dispositivos ópticos.

Plato

Un disco de grabación individual. Un disco duro generalmente contiene un conjunto de platos, aunque a veces solo uno para modelos de baja capacidad. Los avances en la tecnología óptica han dado lugar a múltiples capas de grabación en los DVD .

Huso

El eje giratorio sobre el que se montan los platos.

Rotación

Los platos giran; se suelen utilizar dos técnicas:

• La velocidad angular constante (VAC) mantiene el disco girando a una velocidad fija, medida en revoluciones por minuto (RPM). Esto significa que los cabezales recorren mayor distancia por unidad de tiempo en las pistas exteriores que en las interiores. Este método es habitual en los discos duros de ordenador.
• La velocidad lineal constante (CLV) mantiene fija la distancia recorrida por los cabezales por unidad de tiempo. Por lo tanto, el disco debe disminuir su velocidad a medida que el brazo se desplaza hacia las pistas exteriores. Este método es típico en las unidades de CD .

Pista

El círculo de datos grabados en una única superficie de grabación de un plato.

Sector

Un segmento de una pista. Tradicionalmente, los discos duros antiguos (fabricados antes de 2010 y algunos discos empresariales de menos de 4 TB) ocupaban 512 bytes. Los discos de formato avanzado más recientes utilizan sectores de 4 KB. Los soportes ópticos utilizan sectores de 2 KB.

Formato de bajo nivel

Establecer las vías y los sectores.

Cabeza

El dispositivo que lee y escribe la información —magnética u óptica— en la superficie del disco.

Brazo

El conjunto mecánico que sostiene la cabeza mientras se mueve hacia adentro y hacia afuera.

Buscar tiempo

Tiempo necesario para mover el cabezal a una nueva posición (pista específica). Generalmente se mide en milisegundos (ms) para discos duros.

Latencia rotacional

Tiempo promedio, una vez que el brazo está en la trayectoria correcta, antes de que el cabezal llegue al sector deseado. Este es el tiempo que tarda una rotación completa del disco en alcanzar un sector; por ejemplo, las unidades de 7200 rpm tienen una latencia rotacional de 4,17 milisegundos.

Tasa de transferencia de datos

La velocidad a la que se transfieren los bits de datos del usuario desde o hacia el medio. Técnicamente, se denominaría con mayor precisión tasa de transferencia de datos "bruta" . Suele medirse en MB/s.

• Matriz de discos
• Características de rendimiento de la unidad de disco
• Cabezal de lectura y escritura del disco
• Almacenamiento magnético
• RAID
• unidad flash USB