Sistemas de Almacenamiento y Periféricos. ricos

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1 Sistemas de Almacenamiento y Periféricos ricos 1

2 Sistemas de Almacenamiento y Periféricos ricos -Almacenamiento Interfaces: ATA/IDE, SCSI, SATA Dispositivos: Discos duros, almacenamiento óptico, FLASH -Periféricosricos Puertos e interfaces: serie, paralelo, USB, IEEE1394, wireless. 2

3 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE/SATA Este interfaz se utiliza para la conexión n de discos duros, lectores y grabadores de CD y DVD, Se han utilizado diferentes versiones desde su aparición: desde la ATA1 hasta la ATA7. A partir de la ATA4 se denominan Ultra-ATA: ATA4 ó Ultra-ATA/33 (33MBps) ATA5 ó Ultra-ATA/66 (6MBps) ATA6 ó Ultra-ATA/100 (100 MBps) ATA7 ó Ultra-ATA/133 (133MBps) SATA Gbps SATA 3.0 3Gbps La versión n de ATA que soporta un sistema viene determinada por su chipset sur o su ICH, que es donde se encuentra el controlador ATA. A 3

4 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE/SATA Conector IDE Conector SATA 4

5 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE Todas las versiones de ATA son compatibles con las anteriores. Para todas estas versiones, los sistemas incluyen dos controladores ATA, y cada uno de ellos soporta la conexión de dos dispositivos: Maestro: Conectado directamente al controlador ATA. Esclavo: Conectado al controlador ATA a través del dispositivo maestro. La configuración n suele realizarse con jumpers en los propios dispositivos. 5

6 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE: Autodetección Es una característica importante de este interfaz, ya que permite que los propios dispositivos se identifiquen y proporcionen a la BIOS o a cualquier otra aplicación n datos como: Número de bloques y cilindros del dispositivo. Modos de transferencia soportados. Capacidad. Esta autodetección n se realiza mediante unos comandos específicos del interfaz ATA para el caso de los discos duros, o del interfaz ATAPI para los lectores y grabadores de CD ó DVD. 6

7 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE: Serial ATA Aunque se utilice Ultra-ATA, un interfaz paralelo no puede aumentar mucho más m s la velocidad de transferencia debido a: Problemas con la temporización. Problemas de ruido e interferencia. Por eso ATA7 es la última versión n paralela del interfaz ATA y se ha empezado a introducir la versión n serie (SATA) de este interfaz. Los controladores de SATA son compatibles con las versiones paralelas de ATA, pero los conectores y los cables son físicamente f diferentes. 7

8 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE: Serial ATA Los cables de SATA son de 7 conductores. De ellos, 4 se utilizan para la transferencia de información, ya que la transmisión es diferencial y unidireccional. La utilización n de cables con muchos menos conductores supone una mejora notable en la ventilación n de los sistemas, ya que facilita el flujo de aire dentro de la caja. Cada conector soporta a un único dispositivo, ya no se utiliza la conexión n maestro-esclavo. esclavo. La primera versión n de SATA llega a los 150 MBps pero se espera conseguir en breve una tasa de transferencia de 600 MBps. 8

9 ALMACENAMIENTO Interfaz ATA/IDE: ATA RAID RAID: Redundant Array of Inexpensive Disks. Solución n basada en la utilización n de un array de varios discos duros funcionando como si fueran un único disco, de manera que se aumenta la disponibilidad de la información n sin que esto suponga un alto coste. El problema principal del RAID es que existe mucha mayor probabilidad de que falle un sistema compuesto por varios discos que un único disco. Para solucionar esto, hay distintos niveles de RAID (0, 1, 3, 5, )) que incorporan métodos m para proteger los datos en caso de fallo. 9

10 ALMACENAMIENTO Discos duros: Rendimiento Velocidad de rotación n del disco (en rpm) Tiempo de búsqueda b (en ms): Es el tiempo que el cabezal de lectura/escritura tarda en alcanzar la pista en la que se encuentra la información n buscada. Latencia (en ms): Es el tiempo medio que tarda un sector en colocarse bajo el cabezal una vez que ha sido localizada su pista (después s de transcurrido el tiempo de búsqueda). b Se calcula fácilmente, f como la mitad del tiempo que tarda el disco en dar un rotación completa 10

11 ALMACENAMIENTO Discos duros: Rendimiento Tiempo medio de acceso a disco (en ms): Es el tiempo medio que transcurre desde que la CPU solicita un dato hasta que lo tiene disponible. Incluye el tiempo de búsqueda, b la latencia y otros retardos de comunicación n y procesamiento. Velocidad de transferencia del disco (en MBS): Velocidad a la que los datos se transfieren desde y hacia las superficies. Depende de las características físicas f del disco: de las velocidades de lectura y escritura. Velocidad de transferencia de datos (DTR) (en MBs): Velocidad a la que el procesador puede enviar o recibir datos. Es más m s bien una característica del interfaz del disco, sea ATA o SCSI. 11

12 ALMACENAMIENTO Discos duros: Rendimiento La latencia, el tiempo medio de acceso a disco y la velocidad de transferencia de disco, se dan muchas veces como un rango, con un valor mínimo m y otro máximo. m Esto se debe a la utilización n de una técnica t denominada zone recording,, que mantiene la densidad de información n constante en todas las pistas del disco, por lo que las pistas externas contienen más m s sectores que las internas. Por lo tanto la velocidad de transferencia en las zonas externas es mayor que en las internas. 12

13 ALMACENAMIENTO Discos duros: Rendimiento Sector Pista 13

14 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico Hoy en día d a todos los computadores utilizan almacenamiento magnético (discos duros) y almacenamiento óptico (CD y DVD). En un principio se pensó que el almacenamiento óptico sustituiría a completamente al magnético, pero esto no ha sido así debido a su menor velocidad y densidad de almacenamiento. Por lo tanto, estos dos tipos de almacenamiento conviven en los sistemas actuales con funciones muy diferentes. Magnético: Almacenamiento directo, online Óptico: Almacenamiento permanente, backups 14

15 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico: CD-ROM En función n de la densidad con la que se pueda grabar esta información, n, hay dos tipos de CD s: 74 minutos o 650 MB. 80 minutos MB. 15

16 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico: DVD Un DVD (Digital Versatile Disc) no es más m s que un CD de alta capacidad, puesto que su funcionamiento se basa en los mismos principios. Por qué se consigue almacenar la información n con una densidad mayor? Los agujeros y elevaciones utilizados para codificar la información son de menor tamaño. Hay menos espacio entre las vueltas de la pista en espiral. Y además se puede grabar el policarbonato por las dos caras. La codificación de la información y de las técnicas de detección de errores son más eficientes. 16

17 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico: DVD Existen DVD s s de cuatro capacidades diferentes: DVD5 (4.7 GB): 1 cara, 1 capa. DVD6 (8.5 GB): 1 cara, 2 capas. DVD7 (9.4 GB): 2 caras, 1 capa. DVD8 (17.1 GB): 2 caras, 2 capas. 17

18 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico: Rendimiento Velocidad de transferencia de datos (en MBs): Velocidad a la que el procesador puede enviar o recibir datos. Dependerá del interfaz utilizado y de las características del dispositivo. La velocidad base es KBs, y el resto se expresan como multiplicadores: 20x es , 40x es , 18

19 ALMACENAMIENTO Almacenamiento óptico: Rendimiento Tiempo medio de acceso a disco (en ms): La definición n es la misma que para los discos duros, aunque si para éstos un valor típico t es de 8 ms, en el caso del almacenamiento óptico no suele bajarse de 100 ms (hay que tener en cuenta que hay un único punto de lectura y que la información n se almacena en una única pista). 19

20 ALMACENAMIENTO Almacenamiento FLASH Estos dispositivos de almacenamiento son los más s recientes en lo que se refiere a almacenamiento externo. No se basan en almacenamiento magnético, sino en los principios de la memoria FLASH. Se utiliza un chip de memoria de estado sólido s que no necesita alimentación n para almacenar sus contenidos de manera permanente. 20

21 ALMACENAMIENTO Almacenamiento FLASH Este tipo de memoria existe hace bastante tiempo e incluso se ha utilizado en los últimos tiempos para el chip de la BIOS. Pero ha sido con la aparición n de las cámaras c digitales, el formato MP3 para música, m sica, cuando se ha extendido su utilización, casi siempre para transportar información de unos sistemas a otros. Esto es debido a su pequeño o tamaño, su alta capacidad, su velocidad y su alta portabilidad. 21

22 ALMACENAMIENTO Almacenamiento FLASH Las memorias de tipo FLASH son accedidas por bloques en lugar de por bytes como las memorias RAM clásicas. Cada celda de memoria puede escribirse quitándole su carga. Por eso estas memorias deben borrarse antes de volver a escribir sobre ellas, porque es necesario devolver su carga a las celdas de memoria. Las diferentes memorias se diferencian principalmente por su tamaño o y por su capacidad 22

23 ALMACENAMIENTO Almacenamiento FLASH: Tipos 23

24 PERIFÉRICOS RICOS Puertos e interfaces Un puerto es una unidad física f que permite la conexión entre un periférico rico y el computador. Siempre debe tener asignados dos tipos de recursos: Dirección: Necesaria para que la CPU pueda referenciar al puerto. Línea de petición de interrupción (IRQ): Esta línea se utiliza para avisar al procesador de que debe atender al periférico Los puertos llevan asociados interfaces de propósito general, que permiten la conexión n de gran variedad de periféricos ricos 24

25 PERIFÉRICOS RICOS Puertos e interfaces Un interfaz es una unidad Hw/Sw que permite conectar un periférico rico a la CPU. Las funciones más m s importantes de un interfaz son: Interpretar las órdenes que recibe de la CPU y transmitirlas al periférico Controlar las transferencias de datos entre la CPU y el periférico (convertir formatos, adaptar velocidades,..). Informar a la CPU del estado del periférico. Los interfaces también n se denominan controladores, interfases o tarjetas de E/S. 25

26 PERIFÉRICOS RICOS Puertos e interfaces En una primera aproximación, los puertos y los interfaces del computador se pueden clasificar en función n del tipo de transmisión n de información n que permitan: Serie Puerto serie: Interfaz RS-232. Puerto USB. Puerto FireWire: interfaz IEEE Paralela Puerto paralelo: Interfaz Centronics ó IEEE

27 PERIFÉRICOS RICOS Puertos e interfaces Las limitaciones impuestas por los puertos serie y paralelo tradicionales afectan a los siguientes factores: Velocidad de transmisión. Número de dispositivos que pueden conectarse al computador. Flexibilidad. Simplicidad de configuración. Estos problemas se resuelven con los nuevos interfaces USB y FireWire. 27

28 PERIFÉRICOS RICOS Puerto serie Los PC s s tienen entre uno y cuatro puertos de E/S serie que permiten la transmisión n de información n bit a bit. Estos puertos suelen denominarse COM1, COM2, Se trata de un puerto muy flexible que permite la conexión n de multitud de periféricos, ricos, aunque los más m s usuales con los ratones y los módems. m El puerto serie de un PC utiliza E/S serie asíncrona, según n el interfaz RS

29 PERIFÉRICOS RICOS Puerto serie Con E/S serie asíncrona el emisor y el receptor utilizan diferentes señales de reloj. Para que los dos extremos se sincronicen, se incluyen bits de inicio y de parada al principio y al final de la transmisión n de cada carácter. cter. Esto hace que la velocidad máxima m sea del orden de Kb/s. Para simplificar el proceso de enviar los bits uno a uno, existen circuitos integrados específicos que alivian de esta carga a la CPU. Suelen denominarse UART (Universal Asynchronous Receiver Tranmitter. 29

30 PERIFÉRICOS RICOS Puerto paralelo Los PC s s tienen entre uno y cuatro puertos de E/S paralela que permiten la transmisión n de información n de byte en byte (8 bits en paralelo) Suelen denominarse LPT1, LPT2, Se trata de un puerto dedicado casi en exclusiva a la conexión n de impresoras clásicas mediante el interfaz Centronics. La velocidad máxima m que se consigue está en torno a los 10 kb/s. 30

31 PERIFÉRICOS RICOS USB: Versión n 1.1 Este interfaz serie permite dos tasas de transferencia diferentes: 1.5 Mb/s para dispositivos lentos y 12 Mb/s para dispositivos que exigen mayor ancho de banda. El computador identifica automáticamente ticamente el dispositivo que se conecta mientras opera ( en( caliente ) ) y lo configura sin tener que instalar drivers. Los periféricos ricos de pequeño o consumo reciben la alimentación por el bus y no necesitan enchufarse a la red eléctrica. 31

32 PERIFÉRICOS RICOS USB: Versión n 1.1 Cada puerto soporta la conexión n de hasta 127 dispositivos, que pueden ser de muy diferentes características. La conexión n de 127 dispositivos a un único puerto puede hacerse de dos maneras: Topología en línea, encadenando los dispositivos (daisy-chain). Un único dispositivo de conecta al computador y los demás se conectan unos a otros. Se utiliza muy poco. Topología en estrella piramidal, mediante la utilización de hubs o concentradores. 32

33 PERIFÉRICOS RICOS USB: Versión n 1.1 PC Periférico Hub 1 Periférico Hub 2 Periférico Hub 3 Periférico Periférico Hub 4 Periférico 33

34 PERIFÉRICOS RICOS USB: Versión n 2.0 Esta versión n es totalmente compatible con USB 1.1, por lo que utiliza los mismos cables y conectores. Puede trabajar a tres velocidades, las dos de USB 1.1 y una más: m 480 Mb/s. Este ancho de banda permite la conexión n de periféricos ricos de nueva generación, n, como cámaras c para vídeov deo-conferencias, impresoras y scaners de alto rendimiento y unidades de almacenamiento externo rápidas. r 34

35 PERIFÉRICOS RICOS IEEE 1394 (FireWire) Este interfaz serie es muy similar a USB, aunque permite un ancho de banda mayor. Por este motivo suele utilizarse para la conexión n de dispositivos de almacenamiento externos y de vídeo, v audio, edición, n, Al igual que USB, FireWire permite alimentar a los dispositivos de bajo consumo y la conexión n en caliente. Pero el conector que utiliza es diferente, esta interfaz proviene de los conectores de las GameBoy de Nintendo. 35

36 PERIFÉRICOS RICOS IEEE 1394 (FireWire) La principal innovación n que introduce este interfaz es que las conexiones son peer-to to-peer, al contrario que el en caso de USB, que siguen siempre un modelo cliente-servidor. Por lo tanto, no es necesario el host (PC) para realizar la conexión n de dos dispositivos. Esto es una gran ventaja en muchas aplicaciones, por ejemplo, la conexión n directa de una cámara c fotográfica fica a una impresora. 36

37 PERIFÉRICOS RICOS USB vs FireWire Con FireWire se pueden obtener anchos de banda mucho mayores que con USB. Además, este interfaz permite conectar dispositivos sin la necesidad de que haya un PC. Pero se pueden conectar menos dispositivos a un mismo puerto. Y para dispositivos con las mismas prestaciones, los que utilizan FireWire siempre con más m s caros que los que utilizan USB. Además, USB ha recibido el apoyo de Intel y de Microsoft y está mucho más m s extendido. 37

38 PERIFÉRICOS RICOS Wireless En algunas ocasiones resulta interesante la posibilidad de conectar dispositivos al PC sin la necesidad de cables. Este tipo de interfaz sin cables es típico t para la conexión n de teclados y ratones, y para la comunicación n de portátiles, tiles, PDA s, s, Existen tres tecnologías: Infrarrojos Radiofrecuencia Bluetooth 38

39 PERIFÉRICOS RICOS Wireless Lo único que tienen en común n estas tres tecnologías es que necesitan un dispositivo receptor conectado de alguna manera al PC (por alguno de sus puertos) y un transmisor en el dispositivo que se conecta sin cables. El receptor se alimenta por el puerto y el transmisor necesita algún n tipo de batería. a. Todas estas tecnologías tienen que limitar la distancia a la que se puede establecer la conexión n sin cables. Infrarrojos y radiofrecuencia: hasta 5 m. Bluetooth: hasta 10 m. 39

40 PERIFÉRICOS RICOS Wireless: Inconvenientes En el caso de la conexión n por infrarrojos, es necesario que el receptor y el transmisor se vean, es decir, que no haya obstáculos entre ellos. La tecnología a de radiofrecuencia no necesita este tipo de contacto, pero puede sufrir el efecto de las interferencias en determinados entornos. Además, la velocidad de los dispositivos que se conectan con estos interfaces es siempre menor que la de los dispositivos con cable, por lo que no son muy adecuados para algunas aplicaciones (p.ej, juegos). 40

41 PERIFÉRICOS RICOS Wireless: Bluetooth Bluetooth es un protocolo para comunicación n wireless de bajo coste basada en ondas radio. La especificación n de este protocolo es muy general y permite la comunicación n de computadores, teléfonos móviles, m PDA s s gran variedad de dispositivos periféricos. ricos. Esta tecnología a es la más m s novedosa y ofrece bastantes ventajas frente a las clásicas: Conexiones de hasta 10 m. Velocidad de hasta 1 Mbps. Configuraciones muy sofisticadas con poca intervención por parte del usuario. 41

42 PERIFÉRICOS RICOS Wireless: Bluetooth Los dispositivos bluetooth tienen un transmisor/receptor que es capaz de detectar a otros dispositivos en un radio de 10 m y establecer contacto con ellos. De esta manera se establece un PAN (Personal Area Network), formada por entre 8 y 10 dispositivos. Cuando dos dispositivos de la misma PAN desean comunicarse, lo hacen de manera casi automática. tica. Para establecer comunicación n entre dispositivos de diferentes PAN s, se pedirá autorización n a los usuarios. 42

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