MANUAL DE APOYO INFORMÁTICA 2 MANUAL DE APOYO INFORMÁTICA 2 II PARCIAL PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 1

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1 MANUAL DE APOYO INFORMÁTICA 2 II PARCIAL PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 1

2 MEDIOS DE ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO PRIMARIO El almacenamiento primario tiene dos funciones: La primera es guardar todo o una parte del programa que se está ejecutando. La segunda es que en la memoria también se guarden los programas de sistema operativo que controlan el funcionamiento de la computadora. El área de almacenamiento primario contiene los datos que el programa esta usando. Los datos y programas se colocan en almacenamiento primario antes de ser procesados, entre los pasos del procesamiento, y después de terminarlo, antes de ser devueltos al almacenamiento secundario o enviarse a los dispositivos de salida. El almacenamiento primario interno se conoce como RAM, o memoria de acceso aleatorio. Se llama así por que se puede acceder a ella directamente de cualquier posición elegida aleatoriamente en el mismo lapso. La memoria primaria se divide en posiciones de almacenamiento llamadas bytes. Cada posición contiene un conjunto de ocho computadores o dispositivos binarios, cada uno de los cuales puede almacenar un bit de información. EL conjunto de 8 bits contenidos en cada posición de almacenamiento alcanza para almacenar una letra, un dígito o un símbolo especial, utilizando EBCDIC o ASCII. Cada byte tiene una dirección única, similar a un buzón, que indica dónde se encuentra dentro de la RAM. El almacenamiento primario consiste en: 1. Registros del Procesador. 2. La memoria Cache. 3. La Memoria RAM 1. LOS REGISTROS DEL PROCESADOR se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee. Los registros son direccionables por medio de una viñeta, que es una dirección de memoria. Los bits, por conveniencia, se numeran de derecha a izquierda (15,14,13. 3,2,1,0), los registros están divididos en seis grupos los cuales tienen un fin especifico. Los registros se dividen en: PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 2

3 a. Registros de segmento b. Registros de apuntadores de instrucciones c. Registros apuntadores d. Registros de propósitos generales e. Registro índice f. Registro de bandera. 2. LA MEMORIA CACHE: Una memoria caché es una memoria en la que se almacenas una serie de datos para su rápido acceso. Existen muchas memorias caché (de disco, de sistema, incluso de datos, como es el caso de la caché de Google), pero en este tutorial nos vamos a centrar en la caché de los procesadores. Básicamente, la memoria caché de un procesador es un tipo de memoria volátil (del tipo RAM), pero de una gran velocidad. En la actualidad esta memoria está integrada en el procesador, y su cometido es almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantáneos. Estas instrucciones y datos son aquellas a las que el procesador necesita estar accediendo de forma continua, por lo que para el rendimiento del procesador es imprescindible que este acceso sea lo más rápido y fluido posible. Hay tres tipos diferentes de memoria caché para procesadores: Caché de 1er nivel (L1): Esta caché está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB. Esta memoria suele a su vez estar dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos. Caché de 2º nivel (L2): Integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta que esta. La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 2MB. A diferencia de la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está más encaminada a programas que al sistema. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 3

4 Caché de 3er nivel (L3): Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. En un principio esta caché estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante más lenta que una caché de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho más en la época en la que se utilizaba), depende de la comunicación entre el procesador y la placa base. 3. MEMORIA PRINCIPAL: La memoria principal o primaria (MP), también llamada memoria central, es una unidad dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Está formada por bloques de circuitos integrados o chips capaces de almacenar, retener o "memorizar" información digital, es decir, valores binarios En las computadoras son utilizados dos tipos: ROM o memoria de sólo lectura (Read Only Memory). Viene grabada de fábrica con una serie de programas. El software de la ROM se divide en dos partes: a. Rutina de arranque o POST (Power On Self Test, auto diagnóstico de encendido): Realiza el chequeo de los componentes de la computadora; por ejemplo, circuitos controladores de video, de acceso a memoria, el teclado, unidades de disco,etc. b. Rutina BIOS o Sistema Básico de Entrada-Salida (Basic Input-Output System): permanece activa mientras se está usando el computador. Permite la activación de los periféricos de entrada/salida: teclado, monitor, ratón, etc. RAM o memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory). Es la memoria del usuario que contiene de forma temporal el programa, los datos y los resultados que están siendo usados por el usuario del computador. En general es volátil, pierde su contenido cuando se apaga el computador, es decir que mantiene los datos y resultados en tanto el bloque reciba alimentación eléctrica, a excepción de la CMOS RAM. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 4

5 Módulos de la memoria RAM Los módulos de memoria RAM son tarjetas de circuito impreso que tienen soldados integrados de memoria DRAM por una o ambas caras. La implementación DRAM se basa en una topología de Circuito eléctrico que permite alcanzar densidades altas de memoria por cantidad de transistores, logrando integrados de decenas o cientos de Megabits. Relación con el resto del sistema Las señales básicas en el módulo están divididas en dos buses y un conjunto misceláneo de líneas de control y alimentación. Entre todas forman el bus de memoria: Bus de datos: Son las líneas que llevan información entre los integrados y el controlador. Bus de direcciones: Es un bus en el cual se colocan las direcciones de memoria a las que se requiere acceder. No es igual al bus de direcciones del resto del sistema, ya que está multiplexado de manera que la dirección se envía en dos etapas. Señales misceláneas: Entre las que están las de la alimentación (Vdd, Vss) que se encargan de entregar potencia a los integrados. Están las líneas de comunicación para el integrado de presencia que da información clave acerca del módulo. Tecnologías de memoria Memorias SIMM SIMM (siglas de Single In-line Memory Module), es un formato para módulos de memoria RAM que consisten en placas de circuito impreso sobre las que se montan los integrados de memoria DRAM. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 5

6 SDR SDRAM Memorias DIMM Memoria síncrona, envía los datos dos veces por cada ciclo de reloj. De este modo trabaja al doble de velocidad del bus del sistema, sin necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se presenta en módulos DIMM de 184 contactos en el caso de ordenador de escritorio y en módulos de 144 contactos para los ordenadores portátiles. Los tipos disponibles son: PC2100 o DDR 266: funciona a un máx de 133 MHz. PC2700 o DDR 333: funciona a un máx de 166 MHz. PC3200 o DDR 400: funciona a un máx de 200 MHz. DDR2 SDRAM Las memorias DDR 2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate), que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias. Se presentan en módulos DIMM de 240 contactos. Los tipos disponibles son: PC o DDR2-533: funciona a un máx de 533 MHz. PC o DDR2-667: funciona a un máx de 667 MHz. PC o DDR2-800: funciona a un máx de 800 MHz. PC o DDR2-1066: funciona a un máx de 1066 MHz. PC o DDR2-1200: funciona a un máx de 1200 MHz PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 6

7 DDR3 SDRAM Las memorias DDR 3 son una mejora de las memorias DDR 2, proporcionan significantes mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo una disminución del gasto global de consumo. Los módulos DIMM DDR 3 tienen 240 pines, el mismo número que DDR 2; sin embargo, los DIMMs son físicamente incompatibles, debido a una ubicación diferente de la muesca. Los tipos disponibles son: PC o DDR3-1066: funciona a un máx de 1066 MHz. PC o DDR3-1333: funciona a un máx de 1333 MHz. PC o DDR3-1600: funciona a un máx de 1600 MHz. Comparación entre los módulos de memoria DDR1, DDR2, DDR3 PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 7

8 RDRAM (Rambus DRAM) Memoria de gama alta basada en un protocolo propietario creado por la empresa Rambus, lo cual obliga a sus compradores a pagar regalías en concepto de uso. Esto ha hecho que el mercado se decante por la tecnología DDR, libre de patentes, excepto algunos servidores de grandes prestaciones (Cray) y la consola PlayStation 3. La RDRAM se presenta en módulos RIMM de 184 contactos. RIMM RIMM, acrónimo de Rambus Inline Memory Module(Módulo de Memoria en Línea Rambus), designa a los módulos de memoria RAM que utilizan una tecnología denominada RDRAM, desarrollada por Rambus Inc. a mediados de los años 1990 con el fin de introducir un módulo de memoria con niveles de rendimiento muy superiores a los módulos de memoria SDRAM de 100 MHz y 133 MHz disponibles en aquellos años. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 8

9 ALMACENAMIENTO SECUNDARIO Los sistemas de información necesitan almacenar información fuera de la computadora, en un estado que no requiera alimentación eléctrica, y guardar volúmenes de datos tan grandes que no caben en una computadora actual, por más grande que sea. El almacenamiento de datos a relativamente largo plazo fuera de la CPU y del almacenamiento primario se denomina ALMACENAMIENTO SECUNDARIO. El almacenamiento primario es donde se usa la tecnología más rápida y costosa. El acceso a información almacenada en la memoria primaria es electrónico y se efectúa casi a la velocidad de la luz. El almacenamiento secundario no es volátil y conserva los datos incluso cuando se apaga la computadora. Existen muchos tipos de almacenamiento secundario; los más comunes son el disco magnético, el disco óptico y la cinta magnética. Estos medios pueden transferir grandes cantidades de datos rápidamente a la CPU. Sin embargo, el almacenamiento secundario requiere movimiento mecánico para acceder a los datos y, por ello, es relativamente lento en comparación con el almacenamiento primario. Disco Magnético: Medio de almacenamiento secundario en el que los datos se almacenan como puntos magnetizados en un disco duro o en uno flexible. Disco Duro: Disco magnético que consiste en un palto de acero delgado con un recubrimiento de óxido de hierro; se usa en los sistemas de computación grandes y en casi todas las PC. El desempeño de las unidades de disco se puede mejorar utilizando una tecnología llamada RAID (arreglo redundante de discos económicos). Tecnología de almacenamiento en disco que mejora el desempeño de los discos al juntar más de 100 unidades de disco más pequeñas con un chip controlador y software especializado en una sola unidad grande, para suministrar datos a través de varios trayectos simultáneamente. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 9

10 Disco Óptico: también llamados discos compactos o discos ópticos de láser, almacenan datos con densidades mucho mayores que los discos magnéticos y se pueden usar tanto en PC como en computadores grandes. El sistema de disco óptico más común que se usa con las PC se denomina CD-ROM. Un disco compacto de 4.75 pulgadas de diámetro para PC puede guardar hasta 660 megabytes, casi 300 veces más que un disco flexible de alta densidad. Los sistemas de disco óptico WORM (escribir una vez/leer muchas) y CD-R (disco compacto grabable) permiten a los usuarios grabar datos una sola vez en un disco óptico. Una vez escritos, los datos no se pueden borrar, pero se pueden leer indefinidamente. La tecnología CD-R permite a individuos y organizaciones crear sus propios CD-ROM económicamente, utilizando una grabadora de CD-R especial. El almacenamiento en CD-Rom se vuelva más popular y tenga mayor capacidad en el futuro, y que las velocidades de acceso aumenten. Los videodiscos digitales (DVD), son discos ópticos del mismo tamaño de los CD-ROM, pero con mayor capacidad, pueden contener hasta 4.7 gigabyte de datos, lo suficiente para grabar con alta calidad una película de largometraje. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 10

11 Cinta Magnética: Medio de almacenamiento secundario de bajo costo, más antiguo, en el que grandes cantidades de información se almacenan sucesivamente en forma de puntos magnetizados y no magnetizados en una cinta. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 11

12 DISCOS DUROS Y SU ESTRUCTURA Disco duros: un disco duro o disco rígido (en inglés Hard Disk Drive, HDD) es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos. Estructura física Cabezal de lectura/escritura Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco. Direccionamiento Pista, Sector, Cluster, Cilindro, Cabeza y Sector Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco: Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro. Cara: Cada uno de los dos lados de un plato Cabeza: Número de cabezales; Pista: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior. Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara). Sector: Cada una de las divisiones de una pista. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 12

13 El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco duro. Estructura lógica Dentro del disco se encuentran: El Master Boot Record (en el sector de arranque), que contiene la tabla de particiones. Las particiones, necesarias para poder colocar los sistemas de archivos. Funcionamiento mecánico Piezas de un disco duro Un disco duro suele tener: Platos en donde se graban los datos, Cabezal de lectura/escritura, Motor que hace girar los platos, Electroimán que mueve el cabezal, Circuito electrónico de control, que incluye: interfaz con la computadora, memoria caché, Bolsita desecante (gel de sílice) para evitar la humedad, Caja, que ha de proteger de la suciedad (aunque a veces no está al vacío) Tornillos, a menudo especiales. Historia En 1992, los discos duros de 3,5 pulgadas alojaban 250 MB, mientras que 10 años después habían superado los MB o 40 gigabytes (GB). En la actualidad, ya nos acercamos al uso cotidiano de los discos duros con más de un terabyte (TB) o millón de megabytes. Características de un disco duro Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son: Tiempo medio de acceso: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista) y la Latencia media (situarse en el sector). Tiempo medio de búsqueda: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco. Latencia media: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco. Velocidad de rotación: Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 13

14 Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez la aguja esta situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico. Tipos de conexión IDE: Integrated Device Electronics. SCSI. SATA (Serial ATA). SAS (Serial Attached SCSI) 1. IDE: Integrated Device Electronics ("Dispositivo con electrónica integrada") o ATA (Advanced Technology Attachment). 2. SCSI: Son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación. Se presentan bajo tres especificaciones: SCSI Estándar (Standard SCSI), SCSI Rápido (Fast SCSI) y SCSI Ancho-Rápido (Fast- Wide SCSI). PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 14

15 3. SATA (Serial ATA): El más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Existen tres versiones, SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (hoy día descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad; y por último SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 15

16 Diferencia entre los IDE y los SATA 4. SAS (Serial Attached SCSI): Interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 16

17 Velocidades de los Discos Duros Velocidad de Rotación: Número de vueltas por minuto (RPM) que da el disco. Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de eje. Hace unos años todos los discos duros giraban a la misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de 8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más rápidas) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos. Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos energía. RPM 1 Vuelta cada Latencia ,66 mseg. 8,33 mseg ,33 mseg. 6,66 mseg ,11 mseg. 5,55 mseg ,33 mseg. 4,16 mseg ,00 mseg. 3,00 mseg. Configuración de discos duros IDE La configuración de los jumpers en una unidad IDE es algo de suma importancia, ya que es la única forma que tiene el sistema de saber qué orden le hemos dado a estos dispositivos, y en consecuencia, en qué orden debe acceder a ellos e indirectamente desde cual efectuar el arranque del sistema. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 17

18 La configuración física de los discos duros IDE se realiza con la colocación del Jumper en la combinación de los pines determinados por las empresas que fabrican cada uno de los Discos. PROFESOR: WILSON OCTAVIO VILLANUEVA 18