Sistemas informáticos multiusuario e en rede/Disco duro

En Galilibros, o Wikibooks en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á procura


Os discos duros son os dispositivos que se utilizan para almacenar de forma permanente os datos. O seu consumo adoita estar entre os 20 e os 45 voltios.

Pódese distinguir entre:

Externos
Os discos duros externos son os que se conectan mediante USB, FireWire, etc. Mediante este cable transmítense os datos e aliméntase con enerxía o disco duro.
Internos
Van dentro da caixa do computador.

Estrutura física[editar]

Un disco duro está formado por un conxunto de varios pratos dispostos en batería, montados sobre un eixo común (todos os pratos xiran solidarios ao eixo).

Para a súa protección de campos magnéticos externos e de partículas de po, sitúanse no interior dunha caixa metálica e hermética.

Compoñentes físicos[editar]

Pratos
Son os discos físicos que compoñen a batería. Cada prato ten dúas caras. O movemento de xiro dos pratos é constante e mídese en revolucións por minuto.
Cabezais físicos de lectura e escritura
Existe un por prato. Cada cabezal ten dous dispositivos de lectur e escritura, un para cada prato.
Brazo
É o dispositivo que permite o movemento dos cabezais da parte exterior á interior do prato.

Mediante o movemento dos cabezais e o movemento xiratorio dos discos pódese acceder a toda a superficie da cara.

Estrutura lóxica[editar]

MBR[editar]

MBR son siglas de Master Boot Record, «rexistro mestre de arranque». Fisicamente é o primeiro sector do disco duro, polo que tamén se coñece coma “sector de arranque”. Como é un sector do disco, o seu tamaño son xeralmente 512 bytes (o tamaño estándar dos sectores).

A súa estrutura é a seguinte:

  • 1 - ­446 (446 bytes): usase para almacenar o programa de arranque. Por exemplo, un xestor de arranque coma Lilo, Grub, GAG, etc.
  • 447 - 510 (64 bytes): úsase para almacenar a táboa de particións. Utilízanse 16 bytes para cada unha das catro particións principais que se poden facer. Para cada partición almacénase o enderezo (CHS ou LBA) dos sectores de principio e fin, o tipo de partición, e se dende dita partición se pode arrancar o sistema.
  • 511 - 512 (2 bytes): sinatura do sector de arranque, AA55 (valor hexadecimal). Utilízaa a BIOS como control no proceso de arranque do computador. Se o valor fose distinto, a BIOS daría un erro ao arrancar.

Particións[editar]

O disco duro pódese dividir en unidades estancas, para organizar os datos ou para ter sistemas operativos independentes. Ditas unidades estancas denomínanse particións.

Existen tres tipos distintos de particións segundo a súa función:

Primaria
almacena datos ou un sistema operativo para arrancar o computador.
Estendida
almacena particións lóxicas.
Lóxica
é unha das particións que forman parte dunha partición estendida.

Na actualidade os sistemas operativos poden instalarse e arrancar dende particións lóxicas. Entre primarias e estendidas, só podemos contar nun mesmo disco duro catro particións. A partición dende a que arranca o sistema operativo denomínase partición activa.

Algunhas vantaxes de ter distintas particións son que:

  • pódense ter distintos sistemas operativos nun mesmo computador,
  • pódense organizar os datos en distintas unidades ademais de facelo en cartafoles,
  • se o computador o utilizan usuarios distintos, poderían ter o seu sistema operativo e particións independentes en lugar de ter distintos usuarios nun mesmo sistema operativo.
  • cada partición pode ter un sistema de xestión de ficheiros distinto (EXT3, , EXT4, FAT32, NTFS, etc.).

Sistema de xestión de ficheiros[editar]

Ao acceder a un disco duro fisicamente, a unidade mínima é o sector (512 bytes seguindo o estándar). Na práctica, os sistemas operativos acceden aos datos do disco duro mediante a agrupación dunha serie de sectores consecutivos, chamada clúster. Todos os sectores do disco duro son do mesmo tamaño, ao igual que todos os clústers dunha partición teñen o mesmo tamaño. No caso dos clústers, dito tamaño determínase no proceso de formatado da partición. A nivel de usuario, este acceso realízase mediante ficheiros e cartafoles.

Memoria de intercambio[editar]

Os sistemas operativos, para poder xestionar máis memoria RAM da que existe fisicamente, utilizan a técnica de intercambiar procesos que están cargados en memoria RAM (e que non se utilizan nun momento determinado) cara o disco duro, e viceversa, cando ese proceso almacenado no disco duro quere utilizarse, volverá á memoria RAM, se é preciso desaloxando a outro proceso que pasaría ao disco duro.

Os sistemas Windows empregan esta técnica mediante un ficheiro chamado pagefile.sys. No que respecta aos sistemas GNU/Linux, empregan esta técnica mediante unha partición cun sistema de ficheiros especificamente deseñado para as funcións de memoria de intercambio.

Fragmentación[editar]

Os ficheiros grávanse no disco duro en forma de clústers, que non teñen por que estar consecutivos. A medida que se van gravando e borrando ficheiros do dispositivo, can quedando bloques de clústers dun tamaño cada vez menor, o cal reduce as prestacións á hora de ler e gravar no disco.

Para solucionalo pode realizarse un proceso de desfragmentación, que consiste en reagrupar os clústers dos ficheiros deixando así menos cantidade de bloques libres, pero de maior tamaño.

Conectores dos discos duros internos[editar]

Na actualizade existen tres tecnoloxías diferentes á hora de conectar os discos duros (e outros dispositivos coma lectores de discos) á placa: PATA, SATA e SCSI. Estas tecnoloxías diferéncianse tanto no cable da enerxía que vai da fonte de alimentación ao dispositivo coma o cable de datos que van dende o dispositivo á placa base.

Conexión de datos PATA[editar]

PATA son siglas de Parallel Advanced Technology Attachment, «anexo paralelo de tecnoloxía avanzada», aínda que tamén se lle coñece coma IDE, siglas de Integrated Device Electronics, «electrónicas de dispositivos integradas».

O cable é ancho (de 40 fíos) e ten tres conectores. O primeiro (o que está máis separado do resto) vai conectado á placa base, mentres que os outros dous son para conectar dispositivos (discos duros e lectoras de discos). O máis próximo a este primeiro conector denomínase “escravo”, mentres que o máis afastado é o denominado “mestre”.

Os dispositivos pódense configurar, mediante uns jumpers, para determinar se van actuar coma mestre, escravo, ou de acordo co extremo do cable ao que están conectados. Os dispositivos adoitan ter un adhesivo explicativo sobre o efecto das distintas posicións en que se poden colocar os jumpers.

Conexión de datos SATA[editar]

SATA son siglas de Serial Advanced Technology Attachment, «anexo en serie de tecnoloxía avanzada».

O cable é estreito (de 7 fíos) e ten dous conectores: un conéctase á placa e outro ao dispositivo.

Algunhas vantaxes dos conectores SATA respecto aos PATA son que:

  • a velocidade de transferencia de datos é superior,
  • os cables son máis pequenos e permiten
    • un mellor acceso aos dispositivos e
    • unha mellor ventilación interna,
  • a lonxitude do cable pode chegar aos 2 metros,
  • permite a conexión de dispositivos mentres a máquina está en funcionamento.

Conexión de datos SCSI[editar]

SCSI son as siglas de Small Computer System Interface, «interface do sistema para computadores pequenos».

Non é habitual que a placa base teña un porto SCSI, senón que xeralmente teremos unha tarxeta co hardware para manexar os dispositivos deste tipo. Estes dispositivos (ata 16) móntanse en cadea cun terminador. Existen varios subtipos de conectores (SCSI1, SCSI2, SCSI3, etc.).

Técnicas de reparto[editar]

LCHS[editar]

LCHS son siglas de Logical­ Cylinder Head Sector, «cilindro cabezal sector lóxicos».

Cabezais
Cada prato ten dúas cara e cada unha delas un cabezal.
Cilindros
Cada cara divídese en aneis concéntricos (co centro no eixe de xiro dos pratos) chamados pistas. Todas as caras de todos os pratos do disco duro teñen as mesmas pistas, e ao conxunto de todas as pistas das distintas caras que están nunha pista concreta chámaselle cilindro. Para acceder a un cilindro concreto teremos que mover o brazo para situar o cabezal no cilindro desexado. As pistas empezan a numerarse dende o exterior.
Sectores
Todas as pistas divídense no mesmo número de sectores. Un sector é a unidade mínima de lectura e escritura dun disco duro. O tamaño estándar é de 512 bytes.

Coñecidos estes tres valores pódese repartir toda a información dun disco duro. En realidade estes valores non reflicten a estrutura física dun disco duro, senón que son unha interface entre a controladora hardware do disco duro e a BIOS.

Características[editar]

Tempo medio de busca
É o tempo medio que tarda a agulla en situarse na pista axeitada. É a metade do tempo empregado pola agulla en ir dende a pista máis periférica ata a máis central do disco. Mídese en milisegundos.
Latencia media
É o tempo medio que tarda a agulla en situarse no sector axeitado. É a metade do tempo empregado nunha rotación completa do disco. Mídese en milisegundos.
Velocidade de rotación
Son as revolucións por minuto dos pratos. A maior velocidade de rotación, menor latencia media.
Tempo medio de acceso
É o tempo medio que tarda a agulla en situarse nunha pista e sector concretos. É a suma do tempo medio de busca e a latencia media. Mídese en milisegundos.
Taxa de transferencia
É a velocidade á que pode transmitir información á computadora unha vez que a agulla está situada nunha pista e sector concretos. Mídese en megabits por segundo (Mb/s).
Memoria caché
Memoria RAM para acelerar o acceso aos datos. Actualmente mídese en megabytes (MB).
Capacidade
Son a cantidade de datos que podemos almacenar no disco duro. Mídense en múltiplos de byte, actualmente en GB (xigabytes) ou TB (terabytes). Os fabricantes adoitan utilizar potencias de dez (103 = 1000) en vez de potencias de dous (210 = 1024). Isto motivou que ás veces se refira aos múltiplos orixinais (potencias de dous) cun “i” adicional entre a sigla do multiplicador (K, M, G, T) e a de byte (B) ─é dicir: B, KiB, MiB, GiB...─, e que se substitúa a última sílaba do multiplicador por “bi”, de binary («binario»): bytes, kibibytes, mebibytes, xibibytes, etc.

LBA[editar]

LBA son siglas de Logical Block Addressing, «reparto lóxico de sectores». É outra técnica de reparto máis recente, que consiste en enumerar os sectores consecutivamente (dende 0 ata o valor máis alto) utilizando enderezos que teén unha lonxitude de 48 bits. Elimínase así a necesidade de que as rutinas de acceso aos discos duros que están almacenadas na BIOS teñan que traballar coas variables “cilindro cabezal sector” ─que dada a súa lonxitude limitaban a capacidade de reparto dos discos duros─.

Así, dende a BIOS verase o disco duro coma unha secuencia de sectores, cada un cun enderezo que irá medrando consecutivamente. E será a controladora de hardware do disco duro quen realice a tradución entre o enderezo LBA e o “cilindro cabezal sector” físico correspondente.

RAIDs[editar]

RAID son as siglas de Redundant Array Inexpensives Disks, «matriz redundante de discos baratos» (se ben a redundancia non é un requisito). Son formas de distribuír varios discos duros para conseguir distintas metas, como aumentar a velocidade de traballo ou asegurar a integridade dos casos en casos de perdas de discos duros.

RAID 0[editar]

Tamén coñecido coma RAID seccionada. A información grávase alternativamente nos distintos discos. A súa vantaxe obsérvase á hora de por a proba a velocidade de lectura e escritura, pero non proporciona redundancia (posibilidade de evitar a perda de información en caso de que algo lle suceda a un dos discos). De feito, se un dos discos falla, podería quedar inutilizada parte da información dos outros.

Existen dúas técnicas:

Stripping
O tamaño do menor dos discos é o que se toma como referencia para a RAID. Por exemplo, se tivesemos tres discos de 40, 80 e 160 GB, o tamaño utilizado sería de 120 GB (40 × 3).
Spannig
Aprovéitase ao máximo a capacidade dos discos.

RAID 1[editar]

Tamén coñecida coma RAID en espello. A información grávase en todos os discos ao mesmo tempo. A desvantaxe con respecto á anterior é a perda de velocidade e capacidade de almacenamento. A vantaxe é que se teñen copias de seguridade dos datos. Se falla un disco, haberá outro. O tamaño da RAID será, de cara ao sistema, equivalente ao tamaño do menor dos discos.

RAID 5[editar]

Tamén chamada RAID seccionada con paridade. É similar á RAID 0 pero cada tres clústers calcula a información de paridade e a vai gravando nos discos de forma alternativa. Ten como vantaxes a seguridade ─se falla un dos discos pode reconstruírse a información mediante a paridade que quedou gravada─ e velocidade de acceso aos datos ─ao estar seccionado─. Como desvantaxe está o feito de que se desaproveita un cuarto do tamaño dos discos.

RAID 10[editar]

Tamén denominada RAID seccionada en espello. Cada clúster grávase en espello (RAID 1), pero tamén se vai realizando un seccionado (RAID 0). Ten como vantaxes a seguridade ─se falla un dos discos está duplicado─ e velocidade de acceso aos datos ─ao estar seccionado─. A desvantaxe é que se desaproveita a metade do tamaño dos discos.

Seguridade[editar]

«Só hai dous tipos de discos duros: os que están estragados e mailos que se van estragar».

Cómpre ter sempre os nosos datos en varios sitios, pois calquera memoria (disco duro, memoria flash, etc.) ten data de caducidade, e podemos quedar sen os nosos datos.