UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ECOTEC FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMAS COMPUTACIONALES Y TELECOMUNICACIONES SISTEMAS OPERATIVOS I CÉSAR ZÚÑIGA SAN LUCAS

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ECOTEC FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMAS COMPUTACIONALES Y TELECOMUNICACIONES TIPOS DE DISCOS DUROS IDE, SATA, SCSI, y FIBRA SISTEMAS OPERATIVOS I CÉSAR ZÚÑIGA SAN LUCAS PROFESOR: INGENIERA SARA NORIEGA FECHA DE ENTREGA 19 MAYO DEL 2012

2 INDICE INTRODUCCIÓN... 3 OBJETIVOS... 4 DISCOS DUROS... 5 Tipos de conexión... 5 Discos Duros IDE... 5 Características de un disco duro... 6 Estructura física... 6 Direccionamiento... 7 Discos Serial ATA... 8 Velocidades... 9 Topología Cables y conexiones SATA Externo Discos Serial Attached SCSI Fundamentos Físicos Características Especificaciones técnicas de SAS Arquitectura Niveles de la arquitectura SAS Beneficios de la tecnología SAS Discos Canal de fibra Topologías del canal de fibra Capas del canal de fibra Puertos BIBLIOGRAFIA... 18

3 INTRODUCCIÓN Existen algunas tipos de discos duros que se han venido utilizando con el pasar del tiempo, por lo que a continuación veremos las características de cada uno de ellos al igual que sus ventajas y desventajas.

4 OBJETIVOS Proporcionar las principales características de los tipos de discos duros IDE, SATA, SCSI y FIBRA a medida que han venido evolucionando.

5 DISCOS DUROS Un disco duro o disco rígido (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. Los discos duros han mantenido su posición dominante gracias a los constantes incrementos en la densidad de grabación, que se ha mantenido a la par de las necesidades de almacenamiento secundario. Los tamaños también han variado mucho, desde los primeros discos IBM hasta los formatos estandarizados actualmente: 3,5" los modelos para PC y servidores, 2,5" los modelos para dispositivos portátiles. Todos se comunican con la computadora a través del controlador de disco, empleando una interfaz estandarizado. Tipos de conexión Si hablamos de discos duros podemos citar los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa base, es decir pueden ser SATA, IDE, SCSI o SAS Discos Duros IDE IDE: Integrated Drive Electronics ("Dispositivo electrónico integrado") o ATA (Advanced Technology Attachment), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) Hasta aproximadamente el 2004, el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados. Los discos duros han mantenido su posición dominante gracias a los constantes incrementos en la densidad de grabación, que se ha mantenido a la par de las necesidades de almacenamiento secundario. Los tamaños también han variado mucho, desde los primeros discos IBM hasta los formatos estandarizados actualmente: 3,5" los modelos para PC y servidores, 2,5" los modelos para dispositivos portátiles. Todos se comunican con la computadora a través del controlador de disco, empleando una interfaz estandarizado.

6 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), Tiempo de lectura/escritura 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. Tiempo de lectura/escritura: Tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información: Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista. 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. Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico. Otras características son: Caché de pista: Es una memoria tipo Flash dentro del disco duro. Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la computadora. Puede ser IDE/ATA, SCSI, SATA, USB, Firewire, Serial Attached SCSI Landz: Zona sobre las que aparcan las cabezas una vez se apaga la computadora. Estructura física Componentes de un disco duro. De izquierda a derecha, fila superior: tapa, carcasa, plato, eje; fila inferior: espuma aislante, circuito impreso de control, cabezal de lectura / escritura, actuador e imán, tornillos. Interior de un disco duro; se aprecia la superficie de un plato y el cabezal de lectura/escritura retraído, a la izquierda. Dentro de un disco duro hay uno o varios discos (de aluminio o cristal) concéntricos llamados platos (normalmente entre 2 y 4, aunque pueden ser hasta 6 ó 7 según el modelo), y que giran todos a la vez sobre el mismo eje, al que están unidos. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) está formado por

7 un conjunto de brazos paralelos a los platos, alineados verticalmente y que también se desplazan de forma simultánea, en cuya punta están las cabezas de lectura/escritura. Por norma general hay una cabeza de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales pueden moverse hacia el interior o el exterior de los platos, lo cual combinado con la rotación de los mismos permite que los cabezales puedan alcanzar cualquier posición de la superficie de los platos.. Cada plato posee dos ojos, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. Si se observa el esquema Cilindro-Cabeza-Sector de más abajo, a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos, aunque por cuestiones comerciales, no siempre se usan todas las caras de los discos y existen discos duros con un número impar de cabezas, o con cabezas deshabilitadas. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros), debido a una finísima película de aire que se forma entre éstas y los platos cuando éstos giran (algunos discos incluyen un sistema que impide que los cabezales pasen por encima de los platos hasta que alcancen una velocidad de giro que garantice la formación de esta película). Si alguna de las cabezas llega a tocar una superficie de un plato, causaría muchos daños en él, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos (uno de revoluciones por minuto se mueve a 129 km/h en el borde de un disco de 3,5 pulgadas). Direccionamiento Cilindro, Cabeza a y Sector Pista (A), Sector (B), Sector de una pista (C), Clúster (D) 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. Pistas: una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.

8 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. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, aunque próximamente serán 4 KiB. 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 utiliza más eficientemente el disco duro. Así las pistas se agrupan en zonas de pistas de igual cantidad de sectores. Cuanto más lejos del centro de cada plato se encuentra una zona, ésta contiene una mayor cantidad de sectores en sus pistas. Discos Serial ATA SATA : Serial Advanced Technology Attachment Puertos SATA en una placa base o placa madre. Tipo Historia de producción Diseñado en 2003 Sustituye a Conectable en caliente Externo Cable Especificaciones Pines 7 masivo externo Parallel ATA Sí, con soporte de otros componentes del sistema. Sí, con esata. Y por USB, con case o caja externa. Cable plano Serial ATA o SATA (acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como

9 puede ser el disco duro, lectores y regrabadores de CD/DVD/BR, Unidades de Estado Sólido u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA. SATA proporciona mayores velocidades, mejor aprovechamiento cuando hay varias unidades, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar unidades al instante, es decir, insertar el dispositivo sin tener que apagar el ordenador o que sufra un cortocircuito como con los viejos Molex. Actualmente es una interfaz aceptada y estandarizada en las placas base de PC. La Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO) es el grupo responsable de desarrollar, de manejar y de conducir la adopción de especificaciones estandarizadas de Serial ATA. Los usuarios de la interfaz SATA se benefician de mejores velocidades, dispositivos de almacenamientos actualizables de manera más simple y configuración más sencilla. El objetivo de SATA-IO es conducir a la industria a la adopción de SATA definiendo, desarrollando y exponiendo las especificaciones estándar para la interfaz SATA. Velocidades Al referirse a velocidades de transmisión, conviene recordar que en ocasiones se confunden las unidades de medida, y que las especificaciones de la capa física se refieren a la tasa real de datos, mientras que otras especificaciones se refieren a capacidades lógicas. La primera generación especifica en transferencias de 150 MB por segundo, también conocida por SATA 150 MB/s o Serial ATA-150. Actualmente se comercializan dispositivos SATA II, a 300 MB/s, también conocida como Serial ATA-300 y los SATA III con tasas de transferencias de hasta 600 MB/s. Las Unidades que soportan la velocidad de 3Gb/s son compatibles con un bus de 1,5 Gb/s. En la siguiente tabla se muestra el cálculo de la velocidad real de SATAI 1.5 Gb/s, SATAII 3 Gb/s y SATAIII 6 Gb/s: Frecuencia SATA I SATA II SATA III 1500 MHz 3000 MHz 6000MHz Bits/clock Codificación 8b10b 80% 80% 80% bits/byte Velocidad real 150 MB/s 300 MB/s 600 MB/s

10 Topología Gráfico de la topología SATA: host multiplicador - dispositivo. SATA es una arquitectura "punto a punto". Es decir, la conexión entre puerto y dispositivo es directa, cada dispositivo se conecta directamente a un controlador SATA, no como sucedía en los viejos PATA que las interfaces se segmentaban en maestras y esclavas. Cables y conexiones Los conectores y los cables son la diferencia más visible entre las unidades SATA y las PATA. Al contrario que los PATA se usa el mismo conector en las Unidades de almacenamiento de equipos de escritorio o servidores (3,5 pulgadas) y los de los portátiles (2,5 pulgadas). Esto permite usar las unidades de 2,5 pulgadas en los sistemas de escritorio sin necesidad de usar adaptadores a la vez que disminuyen los costes. SATA Externo Fue estandarizado a mediados de 2004, con definiciones específicas de cables, conectores y requisitos de la señal para unidades esata externas. esata se caracteriza por: Velocidad de SATA en los discos externos (se han medido 115 MB/s con RAID externos) Sin conversión de protocolos de PATA/SATA a USB/Firewire, todas las características del disco están disponibles para el anfitrión. La longitud de cable se restringe a 2 metros; USB y Firewire permiten mayores distancias.

11 Se aumentó la tensión de transmisión mínima y máxima a 500mV - 600mV (de 400 mv mv) Voltaje recibido disminuido a 240 mv mv (de 325 mv mv) Capacidad de disposición de los discos en RAID 0 y RAID Actualmente, la mayoría de las placas base han empezado a incluir conectores esata, también es posible usar adaptadores de bus o tarjetas PC Card y CardBus para portátiles que aún no integran el conector. Discos Serial Attached SCSI Serial Attached SCSI o SAS, es una interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI (Small Computer System Interface) paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión de forma rápida. La organización que se encuentra detrás del desarrollo de la especificación SAS es la SCSI Trade Association. Se trata de una organización sin ánimo de lucro ubicada en California que se formó en 1996 para promover el uso y el conocimiento sobre SCSI paralelo. La primera versión apareció a finales de 2003: SAS 300, que conseguía un ancho de banda de 3Gb/s, lo que aumentaba ligeramente la velocidad de su predecesor, el SCSI Ultra 320MB/s (2,560 Gb/s). La siguiente evolución, SAS 600, consigue una velocidad de hasta 6Gb/s, mientras que se espera llegar a una velocidad de alrededor de 12Gb/s. Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI. Además, el conector es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costos. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS. Para montar un dispositivo SCSI en un ordenador es necesario que tanto el dispositivo como la placa madre dispongan de un controlador SCSI. Es habitual que el dispositivo venga con un controlador de este tipo, pero no siempre es así, sobre todo en los primeros dispositivos. Se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo escáneres, unidades CD-ROM, grabadoras de CD, y unidades DVD. De hecho, el estándar SCSI entero promueve la independencia de dispositivos, lo que significa que teóricamente cualquier cosa puede ser

12 hecha SCSI (incluso existen impresoras que utilizan SCSI). En el pasado, era muy popular entre todas las clases de ordenadores. Actualmente sigue siendo popular en lugares de trabajo de alto rendimiento, servidores, y periféricos de gama alta. Los ordenadores de sobremesa y los portátiles utilizan habitualmente las interfaces más lentas de IDE/SATA para los discos duros y así como FireWire a causa de la diferencia de coste entre estos dispositivos. Fundamentos Físicos Características Especificaciones técnicas de SAS. Está diseñado para permitir mayores tasas de transferencia y ser compatible con SATA (Serial ATA), y permite hasta dispositivos direccionables en un dominio SAS. Esto es posible gracias a los dominios SAS, que son un conjunto de puertos que se comunican unos con otros. Un dominio SAS se compone de: Uno o varios dispositivos SAS, cada dispositivo contiene: o Uno o varios puertos SAS, cada puerto contiene: De 1 a 128 PHYs Un subsistema de servicio de entrega, que puede tener: o De 0 a 127 dispositivos de expansión SAS A cada dispositivos SAS se asigna un nombre único universal World Wide Name: SAS address (asignado por el IEEE para cada fabricante particular). Cada WWN identifica únicamente el dispositivo en un dominio SAS igual que el identificador SCSI identifica un dispositivo en un bus SCSI paralelo.

13 Arquitectura Niveles de la arquitectura SAS. La arquitectura SAS está dividida en cinco niveles: Nivel físico: o Define las características eléctricas y físicas de las conexiones. o Transmisión mediante señalización diferencial. o Interconexión pasiva, con tres tipos de conductores: SFF 8482 compatible con SATA SFF 8484 conector interno para conectar hasta 4 dispositivos Nivel PHY: o o SFF 8470 conector externo (InfiniBand connector), hasta 4 dispositivos Define los protocolos de señalización. Cada PHY contiene un transmisor-receptor (transreceiver) y un enlace físico (unión de dos PHY). Nivel de enlace: o Proporciona primitivas generales y primitivas específicas según el tipo de protocolo (SSP, STP, SMP). o Manipula las conexiones y transmite las tramas. Capa de puertos: o Son una abstracción que agrupa un conjunto de PHYs y direcciones SAS conectados con otros PHYs. o Selecciona el PHY a través del cual enviar la trama. o Comunica, a la capa de enlace de cada PHY, cuando abrir y cerrar conexiones. Nivel de transporte: o Define los contenidos de las tramas o Soporta tres protocolos de transporte: Serial SCSI Protocol (SSP): soporte de dispositivos de disco SAS Serial ATA Tunneling Protocol (STP): soporte de discos SATA Nivel de aplicación Serial Management Protocol (SMP): control de expansores SAS (SAS Expanders)

14 Beneficios de la tecnología SAS Al fusionar el rendimiento y la fiabilidad de la interfaz serie con los entornos SCSI existentes, SAS aporta mayor libertad a las soluciones de almacenamiento sin perder la base tradicional sobre la que se construyó el almacenamiento para empresas, otorgando las siguientes características: Acelera el rendimiento del almacenamiento en comparación con la tecnología SCSI paralela Garantiza la integridad de los datos Protege las inversiones en TI Habilita la flexibilidad en el diseño de sistemas con unidades de disco SATA en un compartimento sencillo. Discos Canal de fibra El canal de fibra (del inglés fibre channel) es una tecnología de red utilizada principalmente para redes de almacenamiento, disponible primero a la velocidad de 1 Gbps y posteriormente a 2, 4 y 8 Gbps. El canal de fibra está estandarizado por el Comité Técnico T11 del INITS (Comité Internacional para Estándares de Tecnologías de la Información), acreditado por el ANSI (Instituto Nacional de Estándares Estadounidenses). Nació para ser utilizado principalmente en el campo de la supercomputación, pero se ha convertido en el tipo de conexión estándar para redes de almacenamiento en el ámbito empresarial. A pesar de su nombre, la señalización del canal de fibra puede funcionar tanto sobre pares de cobre, como sobre cables de fibra óptica. El FCP (protocolo del canal de fibra) es el protocolo de interfaz de SCSI sobre fibre channel.

15 Topologías del canal de fibra Un enlace en el canal de fibra consiste en dos fibras unidireccionales que transmiten en direcciones opuestas. Cada fibra está unida a un puerto transmisor (TX) y a un puerto receptor (RX). Dependiendo de las conexiones entre los diferentes elementos, podemos distinguir tres topologías principales de canal de fibra: Punto a punto (FC-P2P). Dos dispositivos se conectan el uno al otro directamente. Es la topología más simple, con conectividad limitada a dos elementos. Anillo arbitrado (FC-AL). En este diseño, todos los dispositivos están en un bucle o anillo, similar a una red token ring. El añadir o quitar un elemento del anillo hace que se interrumpa la actividad en el mismo. El fallo de un dispositivo hace que se interrumpa el anillo. Existen concentradores de canal de fibra que conectan múltiples dispositivos entre sí y que pueden puentear los dispositivos que han fallado. Un anillo también se puede hacer conectando cada puerto al siguiente elemento formando el anillo. A menudo, un anillo arbitrado entre dos dispositivos negociará para funcionar como conexión P2P, pero ese comportamiento no es requerido por el standard. Medio conmutado (FC-SW). Todos los dispositivos o bucles de dispositivos se conectan a conmutadores (switches) de canal de fibra, conceptualmente similares a las modernas implementaciones ethernet. Los conmutadores controlan el estado del medio físico, proporcionando interconexiones optimizadas.

16 Característica Punto a punto en Anillo Conmutada Puertos (max.) ~ (2 24 ). Ancho de banda (max.) 2 velocidad enlace 2 velocidad enlace (Número de puertos) velocidad enlace Tamaño de dirección N/A 8-bit ALPA 24-bit Port ID Asignación de dirección N_Port Login Conexiones simultáneas Efecto de fallo puerto Mantenimiento simultáneo Expansión Redundancia Velocidades de enlace soportadas Tipos de medio soportados Clases de servicio soportadas Inicialización de bucle y Login del medio Login del medio 1 1 Puertos/2 Falla enlace Enlace caído Enlaces adicionales P2P Añadir enlace P2P redundante Todas Falla anillo, excepto si puentea Puede afectar al anillo completo Conexión de nuevo enlace al concentrador Uso de enlaces duales Todas (todos los dispositivos la misma) Todos Todos Todos Todas 1, 2 y 3 Todas Fallo de enlace entre switch y puerto Caída del enlace entre switch y puerto Conexión de nuevo enlace al conmutador Uso de conmutadores redundantes Todas (posibilidad de mezcla). Entrega de tramas ordenadas ordenadas orden no garantizado Acceso al medio dedicado arbitrado dedicado Coste por puerto coste de puerto Capas del canal de fibra coste de puerto + coste del anillo (concentrador) El canal de fibra es un protocolo con cinco capas, llamadas: Coste de puerto + Coste de puerto en switch FC0 La capa física, que incluye los cables, la óptica de la fibra, conectores, etc. FC1 La capa de enlace de datos, que implementa la codificación y decodificación de las señales. FC2 La capa de red, definida por el estándar FC-PI-2, que constituye el núcleo del canal de fibra y define los protocolos principales. FC3 La capa de servicios comunes, una fina capa que puede implementar funciones como el cifrado o RAID. FC4 La capa de mapeo de protocolo, en la que otros protocolos, como SCSI, se encapsulan en unidades de información que se entregan a la capa FC2. FC0, FC1 y FC2 también se conocen como FC-PH, las capas físicas del canal de fibra. Las implementaciones del canal de fibra están disponibles a 1 Gbps, 2 Gbps y 4 Gbps. Un estándar a 8 Gbps está en desarrollo. Un desarrollo a 10 Gbps ha sido ratificado, pero en este momento sólo se usa para interconectar switches.

17 No existen todavía iniciadores ni dispositivos de destino a 10 Gbps basados en el estándar. Los productos basados en los estándar a 1, 2, 4 y 8 Gbps deben ser interoperables, y compatibles hacia atrás; el estándar a 10 Gbps, sin embargo, no será compatible hacia atrás con ninguna de las implementaciones más lentas. Puertos En el canal de fibra se definen los siguientes puertos: E_port es la conexión entre dos switches del canal de fibra. También conocida como puerto de expansión, cuando dos E_ports entre dos switches forman un enlace, ese enlace se denomina enlace de InterSwitch o ISL. EX_port es la conexión entre un router de canal de fibra y un switch de canal de fibra. En el extremo del switch, el puerto es como el de un E_port, pero en el extremo del router es un EX_port. F_port es una conexión de medios en una topología conmutada. Un puerto F_port no se puede utilizar para un bucle de dispositivo. FL_port es la conexión de medios en un bucle público en una topología de anillo arbitrado. También conocido como puerto de bucle. Nótese que un puerto de switch pude convertirse automáticamente en un F_port o un FL_port dependiendo de qué se esté conectando. G_port o puerto genérico en un switch puedo operar como E_port o F_port. L_port es el término genérico utilizado para cualquier tipo de puerto de bucle, NL_port o FL_port. También conocido como puerto de bucle. N_port es la conexión de nodo de los servidores o dispositivos de almacenamiento en una topología conmutada. También se conoce como puerto de nodo. NL_port es la conexión de nodo de los servidores o dispositivos de almacenamiento en una topología de anillo arbitrado. También conocido como puerto de bucle de nodo. TE_port es un término utilizado para múltiples puertos E_ports unidos juntos para crear un ancho de banda mayor entre switches. También conocidos como puertos de expansión trunking.

18 BIBLIOGRAFIA Texto Autor Editorial Web Site