Objetivos. Conocer los distintos dispositivos de memoria y almacenamiento existentes y valorar ventajas e inconvenientes de cada uno

Transcripción

1 Almacenamiento Jorge Juan Chico Julián Viejo Cortés 2012, 2014 Departamento de Tecnología Electrónica Universidad de Sevilla Usted es libre de copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra y de hacer obras derivadas siempre que se cite la fuente y se respeten las condiciones de la licencia Attribution-Share alike de Creative Commons. Puede consultar el texto completo de la licencia en

2 Objetivos Conocer los distintos dispositivos de memoria y almacenamiento existentes y valorar ventajas e inconvenientes de cada uno 2

3 Contenidos Jerarquía Memoria interna Memoria externa Discos magnéticos Otros dispositivos Sistemas de archivos 3

4 Almacenamiento. Clasificación Ubicación CPU, memoria interna, memoria externa,... Capacidad tamaño de la palabra, número de palabras. Unidad de transferencia palabra, bloque Prestaciones Tecnología de fabricación semiconductor, magnética, óptica,... Tipo de acceso secuencial, aleatorio Características físicas Volatil/No-volatil, borrable/no-borrable tiempo de acceso, velocidad de transferencia 4

5 Almacenamiento. Ubicación Registros de la CPU usados como argumentos en las operaciones lógicas, aritméticas, etc. almacenamiento más próximo a la CPU y de acceso más rápido. Memoria Interna (o Memoria Principal) accesible directamente por la CPU (instrucciones de acceso a memoria) acceso rápido medio semiconductor (circuito electrónico) Memoria externa (o Dispositivos de Almacenamiento) acceso indirecto: primero hay que transferir los datos a la memoria principal accesible mediante dispositivos de entrada/salida diferentes medios: discos magnéticos, CD-ROM, cintas, etc. 5

6 Almacenamiento. Jerarquía No existe un tipo único de memoria que cubra todas las necesidades Es necesario combinar varios tipos Registros CPU Interna Externa Memoria caché Memoria principal Discos magnéticos Cintas/discos ópticos menor coste mayor capacidad mayor tiempo acceso 6

7 Memoria interna. Tipos Tipo Volatilidad Operaciones Borrado Escritura M. de acceso aleatorio (RAM) volátil lectura / escritura por bytes eléctricamente M. de sólo lectura (ROM) lectura máscaras no posible ROM programable (PROM) PROM borrable (EPROM) no-volátil chip completo (luz ultrav.) sobre todo lectura eléctricamente PROM borrable eléctr. (EEPROM) por bytes eléctricamente Memoria FLASH por bloques eléctricamente 7

8 Memoria interna. Ejemplo 8

9 Memoria interna. Evolución 9

10 Memoria caché CPU Caché Memoria principal Memoria de alta velocidad situada entre la CPU y la memoria principal Guarda los datos más recientes y que serán accedidos por la CPU con mayor probabilidad. Se base en el "principio de localidad": los datos/instrucciones accedidos recientemente tienen mayor probabilidad de ser accedidos en el futuro. Permite que la CPU opera a su velocidad máxima. Puede haber varios niveles de caché: interna, externa, etc. 10

11 Memoria externa. Tipos Discos magnéticos gran capacidad lectura/escritura alta velocidad memoria secundaria CD/DVD capacidad moderada Unidades Flash (llave USB, etc.) equivalente al disco magnético pero con tecnología Flash fiable alta velocidad velocidad media distribución de programas y documentación, copias de seguridad, etc. Cintas magnéticas gran capacidad acceso secuencial copias de seguridad 11

12 Discos magnéticos 12

13 Discos magnéticos Una unidad de datos (sector) se accede indicando tres parámetros: C-H-S Cilindro (C): proporciona la posición radial de las cabezas. El conjunto de cabezas se desplaza el cilindro seleccionado. Cabeza (H - Head): activa una cabeza de lectura/escritura. Selecciona una cara concreta. Sector (S): selecciona un sector dentro de una pista. El sector se lee al pasar por debajo de la cabeza de lectura/escritura. 13

14 Discos magnéticos. Sector cola datos cabecera Cabecera: contiene información de localización y estado del sector Datos: bloque de datos almacenados Cola: código de detección y corrección de errores (CRC) Archivos los archivos empleados por el Sistema Operativo se construyen a base de listas de sectores distribuidos por el disco de forma más o menos ordenada. 14

15 Discos magnéticos. Propiedades Tiempo medio de acceso tiempo medio que se tarde en mover las cabezas y rotar el disco hasta comenzar a leer un sector ~ 10ms Velocidad de transferencia máxima (burst rate) velocidad de lectura de datos cuando se lee un sector depende de la velocidad de rotación, el número de sectores en una pista y el tamaño del sector Velocidad de transferencia media velocidad de lectura de datos media considerando tiempos empleados en cambiar de un sector a otro disminuye cuando aumenta la fragmentación ~ MB/s 15

16 Cintas magnéticas datos cabezal cabecera Acceso secuencial Estructura en bloques Múltiples cabezas/pistas 16

17 CD-ROM/R/RW Tecnología óptica Una única pista en espiral (5km) pistas aparentes Disco original audio: 1.2 m/s 73 min MB B/s (650MB efect.) 17

18 DVD-ROM/+-R/+-RW Tecnología similar al CD pero con mayor capacidad Mayor densidad por capa: 4.7GB (7 CD's) Hasta 4 capas (dos por cara): 17 GB (26 CD's) Diseñado para ~2 horas de vídeo MPEG2 a resolución PAL CD DVD 18

19 CD/DVD-ROM 19

20 CD/DVD-R 20

21 CD/DVD-RW 21

22 Sistemas de Archivos. Dispositivos de bloques Sector cero (MBR) Cargador Tabla de particiones 4 particiones primarias /dev/sda MBR boot area boot sect más particiones dentro de particiones extendidas alineadas a cilíndros Sector de arranque En cada partición Cargador S.O. part1 boot sect part2 /dev/sda1 /dev/sda2 22

23 Sistemas de Archivos. Dispositivos de bloques Dispositivo de bloques: dispositivo físico que aparece ante el sistema operativo como una lista numerada de bloques de datos (habitualmente de 512B). Normalmente, el S.O. puede leer y escribir cualquiera de estos bloques de forma aleatoria. Ej: disco magnético, partición de un disco, memoria flash (pendrive), etc. Sector de arranque: primer sector de un dispositivo de bloques, empleado para almacenar código de arranque del sistema (cargador). Tabla de particiones: listado de particiones de un disco (o similar) almacenado en el primer bloque del dispositivo. Formato físico: proceso que prepara un medio físico para que sea empleado como un dispositivo de bloques. Ej: creación de marcas de inicio de bloque, etc. 23

24 Sistemas de archivos Sistema de Archivos 24

25 Sistemas de archivos Sistema de archivos: organización de la información en un dispositivo de bloques que permite acceder a la misma a modo de archivos y carpetas. Formato lógico (creación de sistema de archivos): proceso que prepara un dispositivo de bloques para ser empleado como un sistema de archivos. Parte de los bloques se emplean para almacenar información del S.A.: nombres de archivos, bloques que pertenecen a un archivo, etc. Fragmentación: efecto de que un archivo ocupe bloques no consecutivos en el dispositivo físico. Reduce el rendimiento del sistema de archivos. 25

26 Tipos de sistemas de archivos ext4/ext3/ext2: Sistema de archivos principal usado en GNU/Linux. FAT16, FAT32 (vfat): Sistema de archivos poco eficiente empleado por Microsoft, comenzando con MS-DOS. NTFS: Sistema de archivos avanzado de Microsoft empleado a partir de MS-Windows NT. ISO9660/UDF: Sistemas de archivos usados en CD-ROM y DVD. Otros sistemas de archivos usados en GNU/Linux: reiserfs, xfs, jfs, btrfs,... GNU/Linux es compatible con multitud de sistemas de archivos, incluso con algunos de especificaciones cerradas (ej: NTFS) 26

27 Sistemas de archivos UNIX. inodos metadatos

28 RAID RAID (Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks) Permite unir varios dispositivos físicos en un sólo dispositivo lógico, bien por hardware (controlador de disco) o software (sistema operativo) Permite obtener sistemas de archivos más grandes y/o más seguros (redundacia) Permite mejorar notablemente la velocidad de acceso a disco al transferir datos a/desde varios dispositivos simultáneamente. Tipos de RAID RAID0, RAID1, RAID5, RAID6, RAID10,... RAID hardware RAID software: mdadm 28

29 RAID 1 disco RAID 0 RAID 1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A1 A3 A5 A7 A9 A11 A13 A15 A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 29

30 RAID RAID 5 A1 A2 A3 Ap B1 B2 Bp B3 C1 Cp C2 C3 Dp D1 D2 D3 30

31 RAID RAID 6 A1 A2 A3 Ap Aq B1 B2 Bp Bq B3 C1 Cp Cq C2 C3 Dp Dq D1 D2 D3 31