Almacenamiento de disco

Almacenamiento en disco (también llamado a veces almacenamiento en disco) es una categoría general de mecanismos de almacenamiento donde los datos se registran mediante diversos cambios electrónicos, magnéticos, ópticos o mecánicos en un capa superficial de uno o más discos giratorios. Una unidad de disco es un dispositivo que implementa dicho mecanismo de almacenamiento. Los tipos notables son la unidad de disco duro (HDD) que contiene un disco no extraíble, la unidad de disquete (FDD) y su disquete extraíble, y varias unidades de disco óptico (ODD) y medios de disco óptico asociados.

(El disco de ortografía y el disco se usan indistintamente, excepto cuando las marcas registradas impiden un uso, por ejemplo, el logotipo del disco compacto. La elección de una forma particular suele ser histórica, como en el uso de IBM del disk formulario que comenzó en 1956 con la "unidad de almacenamiento en disco IBM 350").

Seis discos duros

Tres unidades de disquete

Un disco CD-ROM (opcional)

Antecedentes

La información de audio se grabó originalmente mediante métodos analógicos (consulte Grabación y reproducción de sonido). De manera similar, el primer disco de video utilizó un método de grabación analógico. En la industria de la música, la grabación analógica ha sido reemplazada principalmente por tecnología óptica digital donde los datos se graban en un formato digital con información óptica.

El primer dispositivo comercial de almacenamiento en disco digital fue el IBM 350, que se envió en 1956 como parte del sistema informático IBM 305 RAMAC. El almacenamiento de discos de baja densidad y acceso aleatorio se desarrolló para complementar el almacenamiento de alta densidad y acceso secuencial ya utilizado que proporcionan las unidades de cinta que utilizan cinta magnética. La vigorosa innovación en la tecnología de almacenamiento en disco, junto con una innovación menos vigorosa 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, incluida la alimentación y la administración, sigue siendo mayor que el de la cinta.

El almacenamiento en disco ahora se utiliza tanto en el almacenamiento informático como en el almacenamiento electrónico de consumo, por ejemplo, CD de audio y discos de video (VCD, DVD y Blu-ray).

Los datos en los discos modernos se almacenan en bloques de longitud fija, generalmente llamados sectores y cuya longitud varía desde unos pocos cientos hasta muchos miles de bytes. La capacidad bruta de la unidad de disco es simplemente el número de superficies de disco multiplicado por el número de bloques/superficie multiplicado por el número de bytes/bloque. En ciertas unidades IBM CKD heredadas, los datos se almacenaban en discos magnéticos con bloques de longitud variable, llamados registros; la longitud del registro puede variar en y entre discos. La capacidad disminuyó a medida que disminuyó la longitud del registro debido a los espacios necesarios entre los bloques.

Métodos de acceso

Las unidades de disco digital son dispositivos de almacenamiento en bloque. Cada disco se divide en bloques lógicos (colección de sectores). Los bloques se direccionan utilizando sus direcciones de bloque lógico (LBA). La lectura o escritura en el disco ocurre en la granularidad de los bloques.

Originalmente, la capacidad del disco era bastante baja y se mejoró de varias maneras. Las mejoras en el diseño mecánico y la fabricación permitieron cabezales más pequeños y precisos, lo que significa que se podían almacenar más pistas en cada uno de los discos. 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. La unidad de sectores es el tamaño de datos más pequeño que se almacenará en una unidad de disco duro y cada archivo tendrá asignadas muchas unidades de sectores. La entidad más pequeña en un CD se llama marco, 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 control y visualización.

La información se envía desde el procesador de la computadora al BIOS a un chip que controla la transferencia de datos. Luego se envía al disco duro a través de un conector multicable. Una vez que los datos se reciben en la placa de circuito de la unidad, se traducen y comprimen en un formato que la unidad individual puede usar para almacenarlos en el disco mismo. Luego, los datos se pasan a un chip en la placa de circuito que controla el acceso a la unidad. La unidad está dividida en sectores de datos almacenados en uno de los lados de uno de los discos internos. Un disco duro con dos discos internos normalmente almacenará datos en las cuatro superficies.

El hardware de la unidad le dice al brazo del actuador dónde debe ir para la pista relevante y la información comprimida se envía al cabezal que cambia las propiedades físicas, óptica o magnéticamente, por ejemplo, de cada byte en la unidad., almacenando así la información. Un archivo no se almacena de forma lineal, sino que se mantiene de la mejor manera para una recuperación más rápida.

Velocidad de rotación y trazado de vías

Comparación de varias formas de almacenamiento de disco que muestran pistas (no a escala); comienzan las denotaciones verdes y terminan las denotaciones rojas.
* Algunos grabadores CD-R(W) y DVD-R(W)/DVD+R(W) operan en modos ZCLV, CAA o CAV.

Mecánicamente, se producen dos movimientos diferentes dentro de la unidad. Uno es la rotación de los discos dentro del dispositivo. El otro es el movimiento de lado a lado de la cabeza a través del disco a medida que se mueve entre las pistas.

Hay dos tipos de métodos de rotación de disco:

• velocidad lineal constante (utilizada principalmente en almacenamiento óptico) varía la velocidad de rotación del disco óptico dependiendo de la posición de la cabeza, y
• Velocidad angular constante (utilizada en HDDs, FDD estándar, algunos sistemas de disco óptico y discos de vinilo) gira los medios a una velocidad constante, independientemente de dónde se coloca la cabeza.

El posicionamiento de la pista también sigue dos métodos diferentes en los dispositivos de almacenamiento en disco. Los dispositivos de almacenamiento enfocados en almacenar datos informáticos, por ejemplo, HDD, FDD, unidades zip Iomega, usan pistas concéntricas para almacenar datos. Durante una operación secuencial de lectura o escritura, después de que la unidad accede a todos los sectores de una pista, reposiciona los cabezales en la siguiente pista. Esto provocará un retraso momentáneo en el flujo de datos entre el dispositivo y la computadora. Por el contrario, los discos ópticos de audio y video usan una sola 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 los discos de vinilo comienzan en el borde exterior y giran en espiral hacia el centro.

Interfaces

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 computadoras de escritorio 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 algún uso de SATA.

Terminología básica

• Disk - Generalmente se refiere a medios y dispositivos magnéticos.
• Disco - Requerido por marcas comerciales para ciertos medios y dispositivos ópticos.
• Platter – Un disco de grabación individual. Un disco duro contiene un conjunto de placas. Los desarrollos en tecnología óptica han llevado a múltiples capas de grabación en DVDs.
• Espina – el eje giratorio en el que se montan las bandejas.
• Rotación – Los platillos giran; dos técnicas son comunes:
  • La velocidad angular constante (CAV) mantiene el disco girando a un ritmo fijo, medido en revoluciones por minuto (RPM). Esto significa que las cabezas cubren más distancia por unidad de tiempo en las pistas externas que en las vías internas. Este método es típico con discos duros de computadora.
  • La velocidad lineal constante (CLV) mantiene la distancia cubierta por las cabezas por unidad de tiempo fijo. Por lo tanto, el disco tiene que disminuir a medida que el brazo se mueve a las pistas externas. Este método es típico para las unidades de CD.
• Track – El círculo de datos grabados en una sola superficie de grabación de una bandeja.
• Sector – Un segmento de una pista
• Formatos de bajo nivel – Establecer las pistas y sectores.
• Cabeza – El dispositivo que lee y escribe la información —magnética o óptica— en la superficie del disco.
• Arm – El montaje mecánico que soporta la cabeza mientras se mueve dentro y fuera.
• Buscar tiempo – Tiempo necesario para mover la cabeza a una nueva posición (guía específica).
• Latencia rotacional – Tiempo medio, una vez que el brazo está en la pista correcta, antes de que una cabeza esté sobre un sector deseado.
• Tasa de transferencia de datos - La tasa a la que se transfieren los bits de datos del usuario desde o hacia el medio. Técnicamente, esto tendría más precisión la tasa de transferencia de datos "grandes".