Tema 6. Almacenamiento Optico

Tema 6. Almacenamiento Optico Periféricos e Interfaces Tema 6/1

Soportes CD Tecnología Tema 6/2 Sumario Construcción de Tramas y Demodulación Estructura de Ficheros Soportes CD-R, CD-RW Soportes DVD Periféricos Organización, Interfaz, Tipos, Propiedades Prestaciones Soportes Magneto-opticos y sus Periféricos

Comparación de Periféricos de Almacenamiento de Alta Capacidad Capacidad [MB] Ritmo Transferencia Medio [KB/s] Tiempo Acceso [ms] Disquetera 1.44 200/500 90 Iomega Zip 100 800-1400 30 CD-ROM 1X 650 156.6 250-300 DVD 1X 4700/9400 1385 150-200 Cinta DDS-3 DAT 12000 2000-2500 - Disco Duro 10000-500000 8000-40000 8-15 Tema 6/3

Discos Compactos CD CD: Compact Disk, soporte intercambiable Memoria terciaria para almacenamiento masivo de información, aplicaciones: back-ups, y almacenaje masivo Historia: Tema 6/4 Surgen de la tecnología utilizada para la grabación digital de música (años 70s) 1981: establecimiento del estándar del CD-DA por parte de Philips y Sony 1980: CD-R, grabable 1 sóla vez 1990: CD-RW, regrabable múltiples veces

Discos Compactos CD Capacidad: 650 MB - 1 GB Muy Barato: 0.005 /MB En la tecnología actual son más lentos que HD (10X), y más rápidos que discos flexibles (2X) Medio muy fiable: no degradación del soporte Tema 6/5

Discos Compactos CD Tema 6/6 120 mm. diámetro, 1.2 mm. grosor, distribuido de forma espiral, acceso aleatorio, agujero 15 mm Base de policarbono (plástico) Tecnología óptica: datos leídos con láser Tipos que se diferencian en composición del material y formato: CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R/RW, DVD+R/RW, DVD-RAM Estándar de estructura de ficheros que aseguran compatibilidad de SO: Yellow book (cd-rom), Orange book (cd-r), ISO 9660

Discos Compactos CD Tema 6/7 ESTRUCTURA: única espiral, dividida en pistas (máximo 99 pistas), cada pista se divide en sectores. CAPACIDAD: 680 MB (típica) de información independiente de la velocidad de acceso a la información, 74 minutos Hi-Fi. COMPATIBILIDAD: proceso de lectura igual para todos los CDs aunque se graben de forma distinta

LENTE DE FOCALIZACIÓN Proceso de Lectura en CD{-ROM, -R, -RW} LASER infrarrojo (780 nm) PRISMA CON POLARIZADOR 90º SENSOR Movimiento de la pista LENTE OBJETIVO Tema 6/8 Profundidad Hoyo (~0.1 um) Ancho de pista: 0.6 um Distancia entre pistas: 1.6 um Total 5.7 Km VALLE HOYO Protector Sustrato Transparente (~1.2 mm, policarbono) Capa Reflectante de Al (~30 um)

Proceso de Lectura en CD-ROM CLV: velocidad lineal constante (600-1800 rpm, VL=~1.3 m/s), densidad de grabación constante CLV para CD NX: VL=~ N 1.3 m/s CAV: velocidad angular constante Distancia entre pistas Tema 6/9

Tema 6/10 Construcción de Tramas Un bit de canal (channel bit) es la unidad de información distinguible. Por motivos tecnológicos de la óptica de lectura no se puede asociar un Hoyo = 1 y un Valle = 0. Como en soportes magnéticos, la existencia de una transición hoyo/valle ó valle/hoyo indica que se produce una transición de estado bit Debido a la gran densidad del medio, los bytes son transformados y almacenados en cadenas de 14 bits a través de una codificación RLL(2,10). La tabla de conversión es implícita por HW en todos los lectores de CD. Esta conversión es conocida como EFM (Eight to Fourteen Modulation). Además entre byte y byte, se establece un separador también formado por 3 bits (merging bit), de manera que un byte queda almacenado como una cadena de 17 bits, es decir 1 byte se almacena como 17 channel bits.

Conversión de bytes en Hoyos Hoyo mayor Tema 6/11 NRZ Tolerante a los fallos del soporte Aumenta la densidad de datos del disco Hoyo menor Permite recobrar la señal de reloj de forma estable

EFM Tema 6/12 256 códigos EFM de un total de 267 posibles Código EFM 0000 0000 01 0010 0010 0000 0000 0001 10 0001 0000 0000 0000 0010 10 0100 0100 0000 0000 0011 10 0010 0010 0000 0000 0100 01 0001 0000 0000 0000 0101 00 0001 0001 0000 0000 0110 00 0100 0010 0000 etc. etc Número máximo de 0s entre dos 1s RLL (2,10) Número mínimo de 0s entre dos 1s

Trama o Frame Una TRAMA es el bloque de datos más pequeño de un CD. Se estructura en los siguientes campos: Tema 6/13 27 channel bit de sincronización (inicio del frame) (24 + 3 de refundición) 24 bytes (24*17 channel bits) de datos 8 bytes (8*17 channel bits) para la corrección de datos 1 byte de control (detecta si CD-ROM o audio) Así la estructura constituye un total de 588 bits de canal Un SECTOR es la estructura inmediatamente superior a la Trama y está constituido por 98 Tramas (2352 Bytes de datos y ECC = 98 x 24)

Sector 0 FFx10 0 MIN SEG SECTOR 12 Bytes, 4 BytesID MODO DATOS ECC DE LA ESCRITURA 2048 Bytes:Datos 288Bytes:ECC 2352 Bytes 12 bytes de sincronización (inicio del frame) 4 bytes de ID (min., seg. Sector, modo) 2048 bytes de datos 288 bytes para la corrección de datos Modo 0 campo de datos en blanco; 1 uso de un ECC y 2048 bytes de datos; 2 2336 bytes de datos de usuario sin ECC Tema 6/14

Estructura de Ficheros ISO 9660 Mismo sistema de ficheros y directorios FAT que utiliza DOS para disquetes y discos duros Los ficheros individuales se escriben con estándar ISO 9660 Información dividida en sectores numerados consecutivamente (0, 1,...) Tamaño sector: 2048 bytes + 288 bytes de ECC Tema 6/15

Estructura de Ficheros Campo 1 Identificación : 1 sector para descripción del Volumen Campo 2 Zona del Sistema : 16 primeros sectores se utilizan para guardar ficheros de sistema y poder arrancar el equipo desde CD, si no, todos 0s Campo 3 FAT : Tablas de rutas, para acceder más rápidamente a los directorios Campo 4 Directorios : Tema 6/16 Tablas de accesos a ficheros Los sectores para cada fichero están distribuidos de forma secuencial Dado un directorio, a continuación aparecen los ficheros de ese directorio, seguidamente otro directorio con sus ficheros, y así consecutivamente

Multi-Sesiones (ISO 13490) 1 track: tamaño variable de sectores, al menos 300 sectores Permite grabar los CD-{R,RW} de varias veces Para poder ser leídos con CD-ROM se deben de cerrar las sesiones Al terminar todas las sesiones se debe cerrar el disco Tema 6/17

Grabación de un CD-ROM 1º Pre-máster: trasladar los datos a un CD maestro, cada byte se transforma en un código de canal de 14 bits 2º Realización de una maqueta en vidrio por revelado, a partir de la cual se formarán físicamente el resto de CDs (grabador de moldes) 3º Se realiza la producción de los CDs moldeando el plástico de cada uno de ellos con la maqueta de vidrio Tema 6/18

Proceso de Grabación en CD-R (WORM) Distancia entre pistas Tema 6/19

Proceso de Grabación en CD-R CD-R: Quemar la superficie grabable del disco con un láser de 4-11 mw, produce una temperatura de 250ºC que derrite el material no haciendo visible la capa de reflexión Tinte (Dye): Cyanine, Phtalocyanine Capa de Reflexión: Oro, Plata, Platino Mayor tiempo de vida (100 años): Phtalocyanine con Oro Tema 6/20

Proceso de Grabación en CD-RW CD-RW: Calienta una estructura metálica policristalina a 500-700 ºC (láser 8-14 mw) que se convierte en amorfa y pierde efectos de reflectividad CD-RW: Para volver a estado original se calientan las pistas a 200 ºC consiguiendo un alineamiento del cristal Tema 6/21

Ejemplo de Ficha de CD-R Modelo CD-R Silver-Blue Marca EverLotus Tecnología CD-R Tipo de material: Sustrato Policarbono Capa grabación Cianina Capa reflectante Plata Características del almacenamiento: Formatos compatibles Orange Book Part II Velocidades de grabación compatibles 1X, 2X, 4X, 8X Capacidad 650 MB / 700 MB Tiempo audio 74 min / 80 min Velocidad lineal 1.2 1.25 m/s Diámetro 12 cm Tiempo de vida (Longevidad) 100 años Número mínimo de lecturas 1000000 Características del entorno de grabación: Temperatura ambiente en la -5º - 55º grabación Humedad ambiente en la grabación 5% - 95% Temperatura ambiente en la lectura -40º - 70º Humedad ambiente en la lectura 5% - 95% Características del disco: Jitter < 35 ns Bler máximo 220 cuentas pos segundo (cps) Crosstalk < 0.5% Reflectividad > 65% Fuentes de documentación: Página web www.everlotus.com Foto Tema 6/22 Crosstalk: relación entre la parte del haz de luz láser que incide fuera de la pista de grabación respecto al total del haz de luz. Se mide en porcentaje Reflectividad: porcentaje mínimo de la luz reflejada respecto a la incidente en el material reflectante del soporte Bler: frecuencia de tramas (24B) por segundos que tienen al menos un byte defectuoso o erróneo Jitter: variación del tiempo de sincronización de la lectura de un bit, en el que se espera que el bit almacenado se lea

Digital Versatile Disc, formato óptico de alta densidad para datos digitales (DVD-ROM) o vídeo digital (DVD-Video) Soporte único para vídeo, audio, y datos Aplicaciones: entretenimiento doméstico, almacenamiento datos computador Formato Digital Puro, para conseguir la mayor calidad posible 480 líneas de resolución vertical (VHS=260), 720 pixels por línea, 70-100 Hz Acceso aleatorio a escenas, no rebobinar como en cintas Hasta 8 pistas de sonido alternativas para la misma pista de vídeo Tema 6/23

Comparación DVD-CDROM DVD CD-ROM 120 Diámetro (mm) 120 1.2 Grosor del disco (mm) 1.2 0.6 Grosor del Sustrato (mm) 1.2 0.74 Distancia entre pistas (µm) 1.6 0.4 Tamaño mínimo bit (µm) 0.83 635/650 Longitud onda láser (nm) 780 4.7 Capacidad por capa (GB) 0.65 Tema 6/24

Soporte DVD Aspecto visual de disco DVD parecido a CD-ROMs: 120 mm de ancho, 1.2 mm. de alto Ancho de pista y distancias entre pistas más pequeños que CD Puede tener varias capas, y estar grabado en la doble cara, 1 capa - 1 cara (DVD-5) = 4.7 GB, 2 horas de vídeo y audio digital; 1 cara - 2 capas (DVD-9) = 8.5 GB; 2 caras - 1 capa (DVD-10)= 9.4 GB; 2 capas - doble cara (DVD-18) = 17 GB, 8 horas de v/a digital Profundidad (~0.1 um) Ancho de pista: 0.4 um. Distancia entre pistas: 0.74 um, Capa transparente (~0.6 mm., cd=1.2 mm.) Capas reflectantes de Al (~30 um) Tema 6/25

Soporte DVD Se requiere un láser con una focalización más concentrada, por eso CD no puede leer DVD y al revés sí (láser rojo de λ=635/650 nm) Al existir doble capa por cada cara se requiere que el láser pueda ser focalizado a 2 niveles, por esa razón no es compatible el láser del CD- ROM Datos de imágenes formateados en MPEG-2 (Motion Pictures Experts Group), degrada la imagen de forma inapreciable Transferencia de datos: ~ 4.69 MB/s Tema 6/26

Periféricos CD CD-ROM IDE Conexión IDE integrada en placa base Conector IDE 40 pines Jumpers Alimentación Conexión para audio Tema 6/27

Organización Interna CD-ROM Motor Sistema electro-óptico Servo Micro Controlador + ROM Procesamiento de señales Decodificación + Memoria Datos (DSP) Interfaz Digital C o m p u t a d o r D/A Núcleo CD-ROM Ruta de Datos Tema 6/28

Velocidad de Rotación CLV: velocidad lineal constante, utilizada en CD audio y en primeros CD-ROM CAV: velocidad angular constante, utilizada a medida que fueron apareciendo periféricos con mayores ritmos de transferencia de datos Velocidad de giro constante (CAV) produce una velocidad lineal diferente entre el exterior y el interior del disco. A medida que se leen datos interiores, se disminuye la velocidad lineal. En escritura, la velocidad lineal se fuerza a un valor constante Tema 6/29

Ritmo de Transferencia Interno Unidad de medida: KB/s Estándar Audio CD-DA: 75 sectores/seg x 2048 bytes = 150 KB/s Ritmo máximo de transferencia interna de datos en la lectura, CD 1x: 150 KB/s; CD 10x: 1.5 MB/s; CD 40x: 6 MB/s En periféricos CD el ritmo de transferencia no es constante, depende de la pista donde se esté accediendo. Ritmo mayor en la pistas externas, y ritmo menor en la pistas internas. Relación 1:2,4. Un periférico 40X puede transferir a un mínimo de 16X Tema 6/30

Lectores CD Marca Toshiba LG Modelo XM-6702B CRD-8520B Externo /interno Interno Interno Capacidad 650 MB 650/700 MB Velocidad rotatoria del disco 9,900 rpm (48X) 52X Tipo de interfaz ATAPI E-IDE/ATAPI Ritmo Transferencia Externo 7.2 MB/s max. 7.6 MB/s max. Tiempo de acceso promedio 78 ms 80 ms MTBF 100,000 horas Tamaño 41.5mm x 146mm x 193mm Cache Interna 128 KB 128 KB Precio 40.60 (2002) Tema 6/31

Caso Lector DVD Marca Modelo Externo /interno Capacidad Ritmo transferencia DVD Ritmo transferencia CD-ROM Tiempo de acceso CD-ROM Tiempo de acceso DVD Buffer Salida audio digital (si/no) Tipo de interfaz de conexión LG DRD-8160B Interno DVD-R/RW, DVD-ROM, DVD-Video, CD- R/RW, Photo CD, CD-ROM, CD-DA, Mixed Mode, CD-ROM XA, Video CD, DVD-Dual 21,6 MB/s (X16) 7,2 MB/s (X48) 100 ms (Typical) 120 ms 512 Kb si E-IDE/ATAPI Precio (Año) 40 (2002) Otras características. Dimensiones: (146mm x 201mm x 41.5mm) Montajes permitidos: Horizontal y Vertical Tema 6/32

Tema 6/33 Regrabadoras Tecnología de grabación: Z-CLV, que utiliza una CLV por zonas, en el interior del disco una velocidad inferior a la marcada, y en el exterior la velocidad marcada Para mantener una velocidad de grabación determinada (por ejemplo 32x) se necesita mantener un flujo de datos constante hacia el drive (32 x 150 KB/s = 4800 KB/s) Disponen de un buffer interno para mantener la velocidad requerida. El tamaño de este buffer no es muy grande cuando se combina con técnicas que evitan perder la grabación en el momento de producirse el vaciado momentáneo del buffer ( buffer underrun ) denominadas: FlextraLink (Asus), SeamLess Link (Philips)

Tecnología Burn-Proof de Sanyo Error Buffer Under Run Burn-Proof Tema 6/34

Regrabadoras Rendimiento: mide la cantidad de tiempo que requiere todo un CD-R o CD-WR (650 MB) en grabarse o regrabarse. Se debe utilizar un soporte de disco certificado a la velocidad máxima que soporta el periférico (drive) Ejemplo: Con una velocidad de 4X, un CD-R se graba en 20 min., con una velocidad de 32X se debe grabar en: 20 min * (60 s/min * 4 * 150 KB/s) / (60 s/min * 32 * 150 KB/s) = 2,5 min Tema 6/35

Casos Regrabadoras CD Fabricante Acer Philips Modelo Acer Benq CD-RW 4816P PCRW4816 Velocidad de grabación/regrabación/lectura 48X / 16X / 48X 48X / 16X / 48X Tamaño del buffer (KBytes) 2 MB con tecnología Seamless Link III 2048 KBytes Velocidad de transferencia máxima (KBps) 7200 CD-R / 2400 CD-RW / 7200 lectura 7200 KBytes/segundo Tiempo de acceso aleatorio (ms) 100 ms 125 ms Interfaz E-IDE-ATAPI EIDE/ (ATAPI) UDMA2 Formatos soportados MTBF 60.000 POH Dimensiones 146 x 42 x 165 mm Peso 1 Kg CD-R/RW, CD-DA, CD-ROM, CDROM/XA, VCD, CD-I, CD-Extra, CD-Text Varios Precio (Año) 116,87 (2002) 71.75 (2002) Compatibilidad Sistema Operativo Windows 95/98/ME, 2000, NT 4.0, XP. Comentarios Anti-Coaster protección contra errores Buffer Under Run; Auto Pilot asegura un proceso de grabado continuo, y Collision Guard que reduce los problemas ocasionados por la vibración o por golpes. Incluye memoria flash, para actualizar el software interno de la regrabadora, mejorando la calidad y posibilitando el soporte de los últimos estándares de grabación y modelos de CD-R Tema 6/36

Discos Magneto-Opticos Permite almacenar gran cantidad de datos a un bajo costo: hasta varios GB en un cartucho de 5 1/2 Más seguridad que los discos magnéticos, los cuales se ven afectados por los campos magnéticos ambientes Tiempos de acceso y ritmos de transferencia parecidos pero inferiores a discos magnéticos Tiempo de vida mayor que los CD-RW (100 años) Mayor número de escrituras que en CD-RW (10 Millones vs. 1000) Se utiliza para almacenar datos críticos Bajo coste por MB, aunque más caros que CD Tema 6/37

MO: Escrituras Magnéticas T = 300 ºC Tema 6/38

MO: Lecturas Opticas Luz polarizada Tema 6/39

Capacidades y frecuencia de transferencia Fujitsu MCE3130SS Fast Ultra SCSI interface (5.9 MB/sec max) Tema 6/40 1.3 GB seek time = 23 ms MTBF =120,000 h

Fujitsu MCE3130SS Tema 6/41

Criterios de Selección Escalabilidad: es simplemente la capacidad para añadir capacidad de almacenamiento nuevos, más grandes y más rápida en una plataforma existente. Redundancia: capacidad del sistema para hacer copias de seguridad y restaurar datos en caso de fallo sin perdida de datos. Los sistemas más sofisticados permiten una restauración del disco fallado sin interrupción del sistema. Intercambiabilidad: es la capacidad de poder poner y quitar unidadades sin rearrancar el sistema. Transportabilidad: cuando se graba información en soportes con el objetivo de transportarlos a otro lugar, es necesario que en esa localización exista otra unidad igual capaz de leerlo. Los CD- ROM se han convertido en un soporte casi universal, ya que la mayoría de los ordenadores disponen de un lector de CD-ROM Tema 6/42

Ejercicio Calcular el número de bits de canal que se leen por segundo y el ritmo promedio de transferencia de datos de usuario en un periférico CD-ROM estándar, sabiendo que la velocidad de lectura es de 75 sectores/segundo. Qué capacidad de datos cabría en un CD-ROM de 74 minutos? Sincronización 27 Datos 24 x 17 Control ECC 17 8 x 17 TRAMA = 588 bits canal 1 sector: 588 bits/trama x 98 tramas/sector = 57,624 bits canal Se lee: 57,624 bits/sector x 75 sectores/segundo = 4,321,800 bits/s Como cada sector tiene 2 KB de datos de usuario, el ritmo promedio de transferencia es: 2 KB/sector x 75 sectores/s = 150 KB/s En 74 minutos se leen: 74 min x 60 seg x 75 sec/s = 333,000 sec Bytes: 333000 sec x 2 KB/sec = 666,000 KB = 650.39 MB Tema 6/43