Universidad Del Desarrollo Profesional

Magnetismo como medio de almacenamiento

Profesor: Juan Alberto Villavicencio

Alumno: Angel Omar Soto Cervantes

Ensenada B.C. 14 de septiembre de 2010

INDICE

        TEMA: DISCOS MAGNÉTICOS.

1. INTRODUCCIÓN.

2. CARACTERÍSTICAS GENERALES.

3. CLASIFICACIÓN DE SOPORTES MAGNÉTICOS.

         3.1. DISCOS DUROS.

                   3.1.1. ESTRUCTURA DE DISCOS DUROS.

                   3.1.2. COMPOSICIÓN DE DISCOS DUROS.

         3.2. DISCOS FLEXIBLES.

                   3.2.1. ESTRUCUTURA DE DISCOS FLEXIBLES.

                   3.2.2. COMPOSICIÓN DE DISCOS FLEXIBLES.

         3.3. CINTAS.

4. CARACTERÍSTICAS DE DISCOS DUROS.

5. FORMAS DE ALMACENAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.

DISCOS MAGNÉTICOS

1.     INTRODUCCIÓN:

Los discos magnéticos, ya sean discos duros o flexibles, son utilizados, junto a las unidades de CD-ROM y unidades de DVD, entre otras, como dispositivos de almacenamiento secundario. A diferencia de la memoria principal, cuyos datos permanecen en ella un tiempo limitado (hasta que dejamos de suministrar energía eléctrica), son capaces de conservar la información de manera permanente, o al menos mientras su estado físico sea óptimo, puesto que un mal uso o mantenimiento de los mismos, así  como la acción de condiciones externas, pueden alterar y perjudicar su funcionalidad.

Podemos realizar, por tanto, una clasificación de los tipos de periféricos, distinguiendo de esta forma: periféricos de entrada, como el teclado, el ratón o el escáner, con los que introducimos datos que queremos procesar y que posiblemente queramos guardar, ya sea para una modificación posterior o no necesariamente con este fin; periféricos de salida, tales como el monitor o la impresora, que muestran información procedente de la memoria (datos o programas); de entrada y salida, como los módems; y por último los dispositivos de almacenamiento, encargados de guardar y recuperar la información a la que nos referimos.

No obstante, a pesar de que los CDs y los discos tienen la misma finalidad, se distinguen en muchos aspectos tales como su tecnología, modo y capacidad de almacenamiento, tiempo de acceso y transferencia de bytes, seguridad y mantenimiento de los datos, así como en el coste de fabricación.

Desde el punto de vista de almacenamiento de la información, mientras que en los discos magnéticos es la acción de un campo magnético el que realiza la lectura/escritura, en un CD esta es realizada por efecto de un rayo láser.

Dentro de los discos magnéticos, nos centraremos mayormente en su tecnología, materiales para su fabricación, estructura interna y modo de lectura/escritura de bytes.

2.     CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISCOS MAGNETICOS:

A continuación citamos algunas características generales de los discos magnéticos:

1.      Un disco magnético (rígido o flexible) es un soporte de almacenamiento secundario, complemento auxiliar de la memoria principal o memoria RAM (memoria electrónica interna de capacidad limitada, mucho más rápida, pero volátil).

2.      Capacidad para almacenar grandes cantidades de información en espacios reducidos con el consiguiente bajo costo por byte almacenado.

3.      Es memoria “no volátil”, es decir, guarda la información aunque se retire el suministro de energía eléctrica.

4.      Acceso directo a la información, es decir, accede más rápidamente al lugar donde se encuentran los datos a leer o escribir, sin necesidad de buscar los bloques de datos que le preceden (como ocurría antiguamente con las cintas magnéticas). Los datos se guardan en archivos, a los que se acceden mediante su nombre.

5.      Gran parte de los procesos de E/S tienen como origen los discos magnéticos, debido a:

5.1.          La mayoría de los programas de almacenan en discos, constituyendo ejecutables.

5.2.          Para ejecutarlos, se pasa de disco a memoria una copia de los archivos que necesitará el programa. Los resultados van en sentido contrario (memoria a disco), formando parte del mismo archivo o de otro distinto.

5.3.          Sirven para simular “memoria virtual”, lo que permite una memoria mayor que la principal y por tanto ejecutar más procesos e incluso mayores a la capacidad de la memoria principal.

6.      Los disquetes son utilizados como copias de seguridad de archivos importantes o para el transporte de programas y datos.

7.      Dentro de los discos duros distinguimos entre los fijos (PACK), que se instalan por medio de una controladora de discos magnéticos; y los removibles (Disk Pack), que pueden ser desmontados para su transporte.

8.      Mantenimiento de discos magnéticos:

8.1.          Los discos magnéticos son medios de almacenamiento “delicados”, pues si sufren un pequeño golpe pueden ocasionar daños en la información o un CRASH en el sistema.

8.2.          El cabezal debe estar lubricado para evitar daños al entrar en contacto con la superficie del disco.

8.3.          Se debe evitar que el equipo se coloque en zonas donde se acumule calor, para no provocar la dilatación de piezas.

8.4.          A pesar de estar cerrado herméticamente, hay que evitar las partículas de polvo alrededor de sus circuitos.

8.5.          No mover el equipo estando encendido, para evitar daños en los discos, por el movimiento inadecuado de sus cabezas.

3.     CLASIFICACIÓN DE SOPORTES MAGNÉTICOS:

3.1. DISCOS DUROS.

3.1.1. Estructura de discos duros.

Los discos duros son dispositivos de almacenamiento secundario para registrar información masiva, programas  y datos en ordenadores personales, microcomputadoras, estaciones de trabajo, servidores, etc. Es el más utilizado debido a su gran capacidad (actualmente podemos hablar de discos en servidores con varios TB), fiabilidad y velocidad de acceso a los datos.

Se componen básicamente de la caja del sistema y su tarjeta controladora. Sus componentes son:

1.     Unidad de discos (platos).

2.     Material de soporte magnético.

3.     Cabezal de lectura/escritura.

4.     Motor de accionamiento de eje o de rotación de la unidad.

5.     Motor de impulsos o de posicionamiento de los cabezales.

6.     Tarjeta controladora.

7.     Pistas, sectores, cilindro.

Veamos con más detenimiento las características de cada uno:

1.     Unidad de discos:

 Normalmente los discos están constituidos por varios platos, es decir, varios discos duros de material magnético, los cuales se disponen sobre un eje central sobre el que se mueven. Por lo general, suelen girar a una velocidad que oscila entre las 3600 y 7200 r.p.m.

2.     Material de soporte magnético:

 Está elaborado con una aleación de aluminio recubierta superficialmente con una capa de material magnético. Material con un coeficiente de rozamiento muy bajo y gran resistencia al calor.

3.     Cabezal de lectura/escritura:

El cabezal de lectura/escritura, está formado por una serie de cabezas dispuestas en forma de pila y que se mueven al unísono. Es lo que se denomina HSA (Head Stack Assembly).

Se compone de varios cabezales que se disponen sobre los platos con gran precisión y a distancias pequeñas. Son las responsables de la lectura/escritura de los datos en los discos. La mayoría de discos duros incluye una cabeza a cada lado de los platos, incluso pueden aparecer dos o más cabezas por superficie en grandes ordenadores pensados para una actividad en particular, permitiendo esto reducir la distancia de desplazamiento radial e incrementar el tiempo de búsqueda. Estas no llegan a tocar la superficie de los discos, ya que debido a su gran velocidad de giro crean un colchón de aire sobre el que flotan, a una distancia de micras, reduciendo así el desgaste del disco.

En el posible caso de un corte de energía eléctrica, se dispone de un mecanismo, un resorte, que impide que las cabezas toquen la superficie de los platos cuando detectan una reducción de su velocidad.

Distinguimos además varios tipos de cabezales:

1.     De ferrita.

2.     De película delgada.

3.     Magneto-resistivos.

4.     Motor de accionamiento del eje o de rotación de la unidad:

Es el encargado de imprimir velocidad al eje que lleva los platos. Se alimenta de corriente directa gracias a un generador que lleva incorporado. El sistema de regulación de la velocidad se encuentra en la controladora.

5.     Motor de impulsos o de posicionamiento de los cabezales:

Motor eléctrico de gran precisión cuya misión es mover la cabeza de lectura/escritura a través de la superficie de los discos (platos) en sentido radial para situarse sobre el sector y el cilindro adecuado.

6.     Tarjeta controladora (Interface IDE-SCSI):

Puede venir instalada en la parte inferior del sistema o ser fabricada independientemente. Se conecta a la fuente de alimentación y a la CPU. Es la encargada de controlar, mediante sus circuitos electrónicos:

-         La velocidad de giro de los discos (platos).

-         La posición de los cabezales de lectura/escritura.

-         La lectura y grabación de los datos.

Este circuito consta, en principio de tres conectores: Dos planos de pistas doradas, utilizados para la comunicación con la CPU; y uno blanco con cuatro patillas AMP hembra (masa, voltajes de +5 y +12 voltios), que lo une con la fuente de alimentación.

La velocidad de transferencia de información de la tarjeta debe ser compatible con la de la unidad.

Cuando hablamos de interface, nos referimos al método utilizado por el disco duro para comunicarse con el equipo, que no es más que la controladora. Esta interface puede ser IDE o SCSI. Las siglas IDE, Integrated Drive Electronics, provienen de

la necesidad de tener la controladora “integrada” con la electrónica del disco rígido. Esto es una ventaja, ya que así se evitan retardos o interferencias en la lectura/escritura.

Entre los dos tipos de interface descritas, distinguimos ciertas diferencias, de las que hablaremos en el apartado de interface.

7.     Pistas, sectores, cilindro:

El disco está organizado en platos y estos a su vez se dividen en delgados círculos concéntricos denominados pistas. Las cabezas se mueven desde la pista más externa o pista 0 a la más interna. Podemos definirlo también como la trayectoria circular del plato de un disco por la cabeza.

Las pistas están formadas por una agrupación de sectores, que son un conjunto de segmentos concéntricos de cada una de las pistas. Decir que, siendo el byte la unidad de memoria más pequeña y útil, los sectores tienen una capacidad de 512bytes, la cual es determinada en el momento del formateo del disco duro. Algunos modelos permiten especificar su tamaño. Dado que las exteriores son más grandes, tienen un mayor número de sectores.

En un sistema con varias superficies y cabeza móvil, aquellas pistas que se acceden en una misma posición constituyen un cilindro, es decir, el par de pistas en lados opuestos del disco toma dicha denominación. En el caso de tener múltiples platos, el cilindro incluye todos los pares de pistas una encima de otra.

Dado que las cabezas están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas

las pistas del cilindro sin mover el cabezal. Por ello, los discos con más platos son más rápidos.

3.1.2. Composición de discos duros.

 Fabricación de los discos duros:

La industria de los discos duros está atravesando un periodo de crecimiento sin precedentes, pues la tecnología está revolucionando todos los conceptos de cantidad de información almacenable y costos por megabyte. Veamos ahora los aspectos más generales que se tienen en cuenta en la elaboración de estos dispositivos.

El corazón de esta tecnología lo constituyen dos componentes principales:

(1)               El transductor magnético o cabeza.

(2)               El medio de almacenamiento o disco.

Estos dos elementos se relacionan muy directamente, al punto que las características y desarrollo de uno, determinan el optimo diseño del otro.

De  acuerdo a su tecnología de fabricación se pueden distinguir dos tipos de discos: discos de óxido de hierro y discos de película delgada.

La tecnología de película delgada proporciona métodos más avanzados para producir medios magnéticos y cabezales de lectura/escritura. Tiene una densidad de grabación mucho mayor que la de óxido de hierro, pero su costo es más elevado, se están investigando materiales sintéticos compuestos para reducir el rozamiento para que haya un tiempo de acceso más reducido.

Composición: Estructuras de película delgada.

1.  Sustrato:

Los sustratos están la mayoría de las veces hechos de una aleación Al-Mg 5086 (95.4% Al, 4% Mg y 0.15% Cr). Las dimensiones y tolerancias están permanentemente siendo examinadas, pero en general la industria ha establecido diámetros y gruesos estándar. No hace mucho, los drives de 5.25" tenían el tamaño más común en estaciones de trabajo y PCs. Hoy, 3.5" y 2.5" son los tamaños estandars. La densidad de área es la cantidad de información almacenada por unidad de área y este es el resultado de los avances, grabar mucho más por pulgada cuadrada, reduciendo el tamaño del dispositivo y aumentando su capacidad.

Una vez que la película de Al-Mg ha tomado forma y tamaño, el siguiente paso es aplicar una capa Ni-P. Esta capa se deposita por un proceso de enchapado sin electricidad y sirve al propósito de proveer un material duro que pueda ser altamente pulido y es relativamente libre de defectos. La composición de la capa afecta muchas características,

incluyendo la naturaleza amorfa deseada de la película. Si se permite que se cristalice, el Ni poseerá su propio momento magnético de red y destruye las características magnéticas de la capa delgada activa. Hay que tener cuidado en este proceso para controlar que el estrés en la película no produzca torsión o curvatura. El Ni-P (10%) típicamente agrega varios micrones que ayudan a obtener un alto grado de limpieza en el proceso de pulimentado.

El grueso del disco esta estandarizado mientras que el diámetro define sobre todo las dimensiones del drive, el grueso es crítico para la capacidad volumétrica o cuanto se puede almacenar por caja. A veces, la industria ha sido capaz de reducir el grueso del sustrato lo suficiente para incrementar el número de platos o discos con una altura de dispositivo dada.

Se espera que en el futuro, sustratos alternativos al aluminio puedan generar características superiores como mayor dureza y alta capacidad, además de mayor homogeneidad de la superficie para obtener discos con una mejor resistencia a daños, menor tamaño y superficies más limpias.

2. Texturing:

Es el proceso de crear una cantidad controlada de aspereza sobre el sustrato. La textura tiene tres razones básicas:

- Estabilizar con las líneas la cabeza cuando vuela sobre el disco.

- Las líneas crean crestas y valles que reducen el área de contacto entre la cabeza y el disco.

- Las líneas proveen una dirección de orientación de tal forma que las señales de lectura son uniformes.

El texturing se realiza por medio de una banda transportadora que permite por medio de goteo agregarle a la película una mezcla o suspensión abrasiva de carburo de silicio o de polvo de diamante. El equipo de texturing provee la acción mecánica a través de la rotación del disco, un eje de oscilación, carga de presión de un rodillo y tiempo de proceso. Ahora se está investigando la realización del texturing con tecnología a láser.

3. Limpieza:

Este proceso se presenta de varias formas durante toda la elaboración del disco. Principalmente se destaca en los discos que reciben texturing mecánico para remover los abrasivos que se usaron para producir la rugosidad de la superficie. Muchos pasos acuosos o ultrasónicos pueden ser necesarios así como aditivos especiales. Se debe notar que la superficie esta constituida inicialmente de níquel Ni y por lo tanto puede ser altamente reactiva a ciertas sustancias químicas y condiciones. Estas reacciones pueden fuertemente influenciar los defectos de superficie (bits de error) también como desempeño mecánico de producto terminado.

4. Sputting:

A continuación se procede a depositar tres capas, las cuales constituyen la esencia de los discos de películas delgadas. Después de que la dura superficie de Ni-P es pulida, restaurada y limpiada; una subcapa de cromo Cr, seguida por una capa magnética de aleación de cobalto Co y una cobertura de carbón.

La subcapa cumple la función de mejorar las condiciones magnéticas de la capa central de aleación de Co, lo cual no se obtendría muy satisfactoriamente si se depositará directamente sobre el enchape de Ni-P

Los materiales ferromagnéticos que se utilizan en la capa magnética son principalmente tres aleaciones basadas en cobalto: CoCrTa, CoPtCr y CoPtNi. La adición de cromo reduce la corrosión potencial.

La última capa tiene un propósito protector para aumentar la durabilidad del disco, como el lubricante y barrera de corrosión. El material más utilizado para este fin es el carbón hidrogenado.

Este proceso se realiza en un ambiente de presión reducida, utilizando iones de gas Ar que han sido acelerados por alto voltaje para lograr un medio optimo en el procedimiento de deposición de las capas que se logra por medio del bombardeo de un haz de electrones que impacta sobre la película a través de un cátodo.

5. Pulimentado.

La lubricación de la película del disco se conoce como Buff y es la aplicación uniforme de un fluido sobre la capa de carbón; tiene un control minucioso en cuento a la cantidad o tolerancias permitidas, pues esto se refleja en el desempeño del movimiento de la cabeza sobre el disco para controlar la fricción de tal forma que se eviten daños sobre su superficie. Los fluorocarbonos compuestos básicamente de carbón, fluoruro y oxigeno son los mayormente aplicados para lograr alta lubricidad y protección.

6. Prueba.

La prueba del producto realizado tiene dos partes principales, la prueba magnética y la de confiabilidad.

La prueba magnética comienza por un gruñido que realiza una cabeza con forma de diamante para remover cualquier aspereza que encuentre sobre la superficie del disco, a un sub-micro nivel. Luego prosigue la prueba de la altura de vuelo o deslizamiento de la cabeza por medio de una cabeza calibrada que mide a través del disco en movimiento, los requerimientos mínimos y en caso de no cumplirse estos el material es descartado.

Después se certifica el disco por medio de la escritura y la lectura de algunos datos que permiten medir parámetros como amplitud, resolución y sobre escritura.

La prueba de confiabilidad consiste en hacer múltiples pruebas de arranque y parada a través de diferentes estados o condiciones de temperatura, humedad y velocidad. La interfaz cabeza-disco experimenta hasta 10.000 contactos y giro de billones de revoluciones para efectos de monitoreo.

3.2. DISCOS FLEXIBLES.

3.2.1. Estructura de discos flexibles.

La estructura física de los disquetes y de los discos duros es similar. En ambos casos podemos distinguir:

1. Caras.

2. Pistas.

3. Sectores.

Caras:

Son las superficies superior e inferior del disco. Antiguamente, la información sólo se podía grabar en una cara. En la actualidad, todos los discos son de doble cara; de ahí las siglas DS (Double Side) que aparecen en la mayoría de disquetes.

Pista

Es cada uno de los círculos concéntricos en que se dividen las caras del disco. Las pistas se identifican numerándolas de la más externa a la más interna, comenzando por el cero.

El número de pistas que hay en un disco depende del tipo al que pertenezca. Si el disco es flexible, este número puede ser de 80 o 40.

Sectores

Cada pista o cilindro se divide a su vez en segmentos llamados sectores. En todos los sectores de un mismo disco cabe la misma cantidad de información. El tamaño más normal de un sector es de 512 bytes.

Al igual que las pistas y las caras, los sectores también se numeran, pero comenzando por el uno, pues el correspondiente al cero, también denominado sector de arranque, no está destinado a almacenar datos de un usuario, sino que se dedica a un pequeño programa relacionado con la puesta en marcha del disco.                                                                                                                                                 

 

Capacidad de un disco

Dependiendo del número de caras, del número de pistas y del número de sectores por pista, en un disco almacenaremos más o menos información. Esto se puede calcular mediante la fórmula:

CAPACIDAD = N.° de caras x N.° de pistas/cara x N.° de sectores/pista x N.° de bytes/sector

Tamaño disquete      360 K          720 K         1.2 Mb        1.44 Mb      2.88 Mb

Pulgadas                 5 1/4”          3 1/2”          5 1/4”          3 1/2”           3 1/2”

Caras                             2                 2                 2                 2                  2

Pistas/cara                    40               80               80               80                80

Sectores/pista                9                 9               15               18                36

Bytes/sector               512             512             512             512              512

Total sectores             720            1448            2400            2880            5760

Densidad                  Doble          Doble           Alta             Alta            Extra

Siglas                      DS/DD        DS/DD        DS/HD        DS/HD        DS/ED

DD = iniciales de doble densidad en inglés (Double Density).

HD = iniciales de alta densidad en inglés (High Density).

DS = iniciales de doble cara en inglés (Double Side).

ED = iniciales de densidad extra en inglés (Extra Density).

En estos dispositivos, los cabezales de lectura y escritura están en contacto con la superficie del disquete cuando rota. Precisamente por ello se produce una pequeña cantidad de abrasión que origina el deterioro de los discos.

Disquetes de  5 ¼ 

Están protegidos por una funda de plástico muy flexible. Este tamaño fue el primero en ser utilizado por los PC y compatibles.

La figura muestra el aspecto externo de un disquete de 5 1/4”, donde se pueden observar las siguientes aberturas:

1. CENTRAL: Por donde pasa el eje por el que gira el disco.

2. LECTURA / ESCRITURA: Ranura por donde la cabeza de lectura/escritura lee y graba la información.

3. PROTECCIÓN DE ESCRITURA: Es una muesca colocada en la parte superior derecha, cuya función es la de impedir la grabación de datos, cuando se recubre con la pegatina correspondiente.

4. ALIVIO DE PRESIÓN: Son dos muescas situadas en la parte inferior del formato que ayudan a que no se deforme la envoltura.

Disquetes de 3 ½

A diferencia de los anteriores, se caracterizan por ir enfundados en una cubierta de plástico rígida que les confiere una mayor seguridad.

Observando la figura, se pueden distinguir los siguientes elementos:

1. ABERTURA CENTRAL: Por donde pasa el eje de giro de la unidad de disco.

2. PROTECCIÓN CONTRA ESCRITURA: Está constituida por un trozo de plástico deslizante que permite abrir u obturar un orificio, de forma que, cuando éste permanece abierto no se puede grabar nada en el disquete.

3. LECTURA-ESCRITURA: Abertura que permite grabar y leer la información del disco.

4. PROTECTOR DESLIZANTE: Pieza metálica que se desliza al ser introducido el disquete en la unidad de disco y cuya función es la de permitir la lectura / escritura del disquete.

DISCOS MAGNÉTICO-ÓPTICOS

Estos discos reúnen las características principales de dos tipos de almacenamiento, óptico y magnético. Cada disquete óptico consta de dos capas:

        La primera está formada con partículas magnéticas, que antes de su primera utilización tienen una magnetización uniforme que representa un cero lógico en todos los bits de posición.

        La segunda capa es de aluminio reflectante, y se utiliza para reflejar los rayos láser.

Los materiales magnéticos de la primera capa poseen varias propiedades curiosas: una de ellas es el efecto Curie – Weisse, que consiste en la pérdida de su organización magnética a determinadas temperaturas. Otra es la polarización de la luz, que cambia al pasar por un campo magnético. Estas propiedades son aprovechables en los discos ópticos-

magnéticos.

La escritura tiene dos fases:

1-     Consiste en calentar un sector (512 bytes normalmente) del disco por medio de un láser de alta densidad que se enfría bajo la influencia de un campo magnético. A medida que va bajando la temperatura también lo hace la influencia del campo magnético, y los datos se van fijando sobre el disco. Alternando el magnetismo y los sectores a calentar por el láser  escribimos todos los bytes  en nuestro disco.

2-     Para leer los datos se utiliza un rayo láser de baja intensidad, que detecta la polaridad de las partículas del disco, traduciéndose los cambios de esta en pulsos eléctricos.

Para rescribir en una zona ya utilizada hay que efectuar un borrado y realizar el mismo procedimiento ya descrito. La capacidad de estos discos es de 200, 500, 1000Mbytes. 

3.3. CINTAS MAGNÉTICAS.

Soporte blando flexible sobre el que se deposita una fina película magnética. Ésta película estará compuesta de diferentes materiales magnéticos: óxido de hierro, Cr, Fe-Co,  Co-Ni, etc. Durante los procesos de lectura y escritura, esta banda de material magnetizable debe moverse delante de la cabeza de lectura/escritura, que es la responsable de traducir las señales magnéticas en eléctricas o a la inversa.

Las cintas magnéticas han sido, desde siempre, el método más extendido para realizar copias de seguridad, al poseer la ventaja de que tanto el propio hardware como el soporte para datos que utilizan es bastante asequible. Sin embargo, actualmente también existen diferentes alternativas para realizar la misma tarea, alternativas que suelen presentar ventajas en puntos tales como la fiabilidad o la velocidad.

Son dispositivos de almacenamiento de tipo secuencial, lo que es su principal inconveniente, ya que no soportan el acceso aleatorio a los datos, por lo que la unidad de lectura ha de explorarla cinta hasta hallar una  información específica. Es por esto que, la rapidez de acceso en las cintas es menor que la de discos. En consecuencia, a mayor capacidad de almacenamiento, mayor longitud de la cinta y, consiguientemente, mayor tiempo de acceso.

Las cintas suelen utilizarse como medio de soporte para realizar copias de seguridad de discos duros y como soporte para el almacenamiento de grandes bases de datos.

En estos sistemas de almacenamiento masivo, la cinta se enrolla en unas bobinas, unos casetes o en unos cartuchos, y unas poleas se encargan de arrastrar la cinta a una velocidad constante delante de la cabeza de lectura/escritura y de amortiguar los tirones de

bobinado de los motores. Estos dispositivos son medios removibles, fiables y económicos con capacidades de almacenamiento elevadas.

El inconveniente que sigue existiendo es la falta de estándares que unifiquen los productos existentes.

Los dispositivos de cintas magnéticas pueden tener diferentes densidades de grabación, por lo que deben estar debidamente identificados para que, cuando la información necesite ser procesada, se trabaje de forma adecuada. Otro tipo de identificación es el que toma el nombre de labels o etiquetas. En la etiqueta debe ir el nombre de la cinta, nombre de los archivos, longitud del registro y longitud de bloque. Se usan para diferenciar una cinta de otra.

TIPOS DE CINTAS MAGNÉTICAS:

1. Carrete de Cinta Magnética:

          Es un medio de almacenamiento secundario, que durante mucho tiempo ha constituido el tipo predominante de unidades de cinta magnética y que se usa especialmente en ambientes dotados con equipos de cómputo medianos y grandes.

Adopta forma de cinta continúa y se arrolla en un carrete, en el que está contenida al inicio y se va transfiriendo a otro tras una operación de lectura o escritura.

            Sus dimensiones más comunes son de unos 0.5’’ de ancho por varios cientos de pies de largo.

            La cinta es de material plástico revestido de una capa de óxido magnético sobre la que se puede registrar datos en forma de series de puntos magnetizados.

            Los formatos de cinta dependen del fabricante ya que no tienen un  estándar definido. Las pistas se dividen en unidades lógicas llamadas bloques, cada cual puede contener una docena de sectores, uno a continuación del otro. Después de éstos se incluyen códigos de corrección de errores.

            El formato para numerar los bloques, crear directorios y tablas de asignación de archivos varía considerablemente. Algunos formatos requieren que la cinta esté pre-formateada.

            En las cintas magnéticas las densidades de grabación (número de bytes por unidad del medio de registro) se representan en bytes por pulgada de pista (BPI). Se pueden encontrar cintas con densidades de grabación de 800, 1600, 6250 BPI, etc.

2. Cartucho de Cinta:

           Sus características son similares a los carretes o bobinas de cinta pero en un espacio mucho más reducido.

Contienen placas con base de aluminio que facilitan un posicionamiento más preciso de la cinta. Disponen además, de un mecanismo especial de tensión que evita que la cinta se fuerce.

            Su principal inconveniente es la falta de estándares al respecto, que impiden que una cinta grabada por un sistema pueda ser leída por otro distinto.

             En el mercado existen cartuchos con diferentes medidas, por ejemplo de cuatro por seis por cinco octavos de pulgada, dos por tres por media pulgada, etc. Los formatos que principalmente se pueden encontrar son:  

        Cartuchos estándar DC 6000

  Sobre una cinta de 1/4 pulgada se graban once pistas. Su presentación es la de un casete de la mitad de tamaño que una cinta de vídeo, en la que se bobinan aproximadamente entre 300, 400, 600, 1200 pies, etc.

La capacidad de almacenamiento puede variar en un rango de 30 MegaBytes hasta 4 GigaBytes, dependiendo de la sofisticación del dispositivo y de la longitud de la cinta.

En operaciones start/stop es menos eficiente que las unidades de carrete o los cartuchos de 0.5".

        Cartuchos de 0.5"

Presenta grandes diferencias con los cartuchos de 0.25" y actualmente constituyen una alternativa a las unidades de carrete. Las capacidades y tasas de transferencia abarcan un amplio rango y dependen mucho del fabricante.

        Mini cartuchos DC 2000

Su presentación se realiza en un casete más pequeño que el anterior (mini cartucho) y similar al de un casete de audio, con longitudes de entre 140 y 185 pies (39 - 52 m). Estos casetes poseen un chasis resistente de metal, ruedas de bobinado de precisión y una correa de amortiguación que ofrecen una elevada calidad de grabación y una mínima deformación de la cinta.

        Cintas blandas

Las cintas blandas, también conocidas como floppy tapes, son unidades que hacen uso de la controladora de la disquetera y codifica los datos posicionando la cabeza de lectura / escritura directamente sobre la banda magnética. La ventaja de esta opción es que elimina la necesidad de tener que comprar la electrónica de una nueva controladora para este dispositivo.

3. Cintas de Audio Digital (DAT):

            Son unidades de almacenamiento con capacidad para grabar hasta varios GigaBytes de información en un único cartucho. Son dispositivos de pequeñas dimensiones, económicos y rápidos, sin embargo sus unidades lectoras son caras y tienen el inconveniente que no existen estándares al respecto.

La técnica de grabación empleada con las cintas DAT, conocida como técnica de exploración helicoidal, se basa en que la unidad de lectura / escritura utiliza un tambor giratorio que solapa las pistas de grabación, en lugar de la cabeza de grabación estática que se emplea con las unidades de cinta anteriores.

             Las cintas de audio digital o DAT son utilizadas en las mismas aplicaciones que las cintas de cuarto de pulgada, como medio de backup, pero con unas características que les permiten disponer de mayores capacidades de almacenamiento y fiabilidad. Son una alternativa de almacenamiento tanto para ordenadores personales, estaciones de trabajo y servidores de red.

Tienen capacidades de hasta 16 GB y velocidades de transferencia de hasta 1.5 MB/seg.

4. Cintas de 8 mm o Hexabyte:

            Las cintas de 8 mm pueden almacenar varios GigaBytes de información en un único cartucho, pero como sucede con las DATs, sus unidades lectoras tienen precios muy altos. Su aspecto es similar al de las cintas empleadas en los sistemas de vídeo. La técnica de grabación es la misma que la utilizada con las cintas DAT.

Existen algunas con capacidades de hasta 25 GB y velocidad de transferencia de hasta 500 KB/seg.

5. Otros tipos:

En la actualidad se pueden encontrar, jukebox o librerías de cintas de 4 y 8 mm, con capacidades de 8, 16, 32 y hasta 40 cintas. Estos jukebox son unidades robóticas que pueden incorporar incluso varios canales SCSI, para el acceso simultáneo de varios hosts que se utilizan con sistemas HSM (Hierarchical Storage Management System), los cuales gestionan automáticamente el sistema de archivos almacenados en discos duros. De este modo, los archivos menos utilizados son almacenados en el jukebox, dejando el espacio libre para otros que son requeridos con mayor frecuencia. Si los archivos que están contenidos en el jukebox vuelven a ser requeridos, se traspasan al disco duro.

FUNCIONES DE LAS CINTAS MAGNÉTICAS:

1.            Efectuar el respaldo de seguridad o backup de los datos almacenados en discos magnéticos, con cierta frecuencia. El backup se puede realizar de tres formas: a) se copia todo el contenido de un disco, b) se copian solo determinados archivos, c)se copian solo los archivos que han sufrido alguna modificación desde el último backup.

2.            Almacenar grandes cantidades de datos de forma compacta, información que no es necesario mantener de manera permanente y que en cualquier momento puede ser requerida.

3.            Procesar archivos que se trabajan en secuencia. En este caso, las unidades de cinta son más eficientes y baratas que los discos magnéticos.

4.            Intercambiar datos en grandes cantidades mediante cintas suele ser más económico y funcional que hacerlo a través de las líneas de comunicación. Pero para esto, los equipos implicados han de leer y escribir en un formato común.

5.            Distribución de software. Las unidades de cinta constituyen una preferencia a la hora de distribuir, transportar y cargar programas extensos, como sistemas operativos, gestores de bases de datos, etc., en ordenadores medianos y grandes.

RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO:

   Las unidades de cintas magnéticas deben guardarse bajo ciertas condiciones, con la finalidad de garantizar una adecuada conservación de los datos o información almacenada.

A continuación se indican las condiciones que deben cumplirse para el óptimo funcionamiento de los dispositivos de cintas magnéticas, de acuerdo al tipo:

Cintas Magnéticas:

1.       La temperatura y humedad relativa del ambiente en que se encuentran almacenados deben estar en el siguiente rango:

Temperatura: 4°C a 32°C

Humedad Relativa: 20 % a 80 %

2.       El ambiente debe contar con aire acondicionado.

3.       Las cintas deben colocarse en estantes o armarios adecuados en una "biblioteca de cintas" cerca al equipo de cómputo.

4.       Se deben mantener alejadas de los campos magnéticos.

5.        Se les debe dar un mantenimiento preventivo en forma periódica, a fin de desmagnetizar impurezas que se hayan registrado sobre ellas.

Cartuchos:

1.     La humedad relativa del ambiente en que se encuentran almacenados debe estar en el siguiente rango:

Humedad Relativa: 20 % a 80 %

2.      La temperatura puede oscilar entre:

5°C a 45°C

3.     Deben ser guardados dentro de su caja de plástico.

4.     Deben mantenerse alejados de campos magnéticos.

4. OTRAS CARACTERÍTICAS DEL DISCO DURO:

1. Capacidad de almacenamiento de discos:

Unidades de almacenamiento:

1,000 Bytes = 1 Kilobyte (Kb)*

1,000 KB= 1 megabyte (Mb)

1,000 MB= 1 gigabyte (Gb)

1,000 GB= 1 terabyte (Tb)

1,000 TB= 1 petabyte (Pb)

1,000 PB= 1 Hexabyte (Eb)

1,000 EB= 1 zettabyte (Zb)

1,000 ZB= 1 yottabyte (Yb)

1,000 YB= 1 brontobyte **

Se debe considerar que un kilobyte es igual a 1,024 bytes y es este número el que tiene que ser usado cada vez que se efectúen cálculos extendidos.

El término brontobyte no existe, sirve únicamente para denominar un número muy grande, fue definido por el comandante de la Marina de los EE UU Rick Kercz en una entrevista para la revista Imaging. Este valor será flotante cada vez que sean designados nuevos nombres para números mayores al yottabyte.

5.     FORMAS DE ALMACENAMIENTO:

Los medios de grabación magnética consisten en un soporte que bien puede ser, como ya hemos comentado anteriormente, rígido, en el caso de discos duros (aluminio o cristal cerámico), o blando, en el caso de discos flexibles (más concretamente mylard) o disquetes, cintas, etc., sobre el que se deposita una fina película de un material magnetizable para su grabación. Esta película está compuesta de diferentes materiales magnéticos: óxido de hierro, de cromo, de hierro-cobalto, de cobalto-níquel, etc. Las partículas ferromagnéticas conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que las magnetizó.

Los datos se almacenan cambiando el sentido del campo magnético de dicha sustancia. Disponen de una cabeza de lectura y escritura que graba la superficie del disco. Esta cabeza está conformada por un electroimán capaz de inducir campo magnético o detectar el sentido del campo magnético. La cabeza se mueve radialmente mientras que el disco gira en un sentido. La información se almacena en pistas concéntricas, que a su vez, se dividen en sectores, los cuales se dividen en bloques. Entre sector y sector, gaps o separaciones.

Las pistas de un disco se crean durante el FORMATEO. El formateo consiste en escribir magnéticamente los sucesivos sectores que componen cada una de las pistas, quedando así ellas magnetizadas. Es en el llamado formateo físico o de bajo nivel, que es actualmente realizado por el fabricante, en el que se determinan el número de pistas y sectores de cada cara del disco. En cada sector, al comienzo, se graba el número de CHS (cilindro, head y sector), que sirve para localizar e identificar cada sector al buscar un dato a modo de “dirección”. En el formateo físico  se reservará también un campo de 512 bytes, cuyo contenido se establecerá cuando se escriba el sector.

El formateo lógico o de alto nivel implica escribir en el campo de datos de ciertos sectores información exclusiva para el uso del sistema operativo. El formateo lógico es realizado por el usuario mediante el comando format. Se crean entonces en el disco el área de sistema que comprende:

        Tabla de particiones

        Sector de arranque “boot” que se encuentra en el primer sector de cada disco

        La FAT (File Alocation Table)

        Directorio raiz

 En los discos floppy el formateo físico y lógico se realiza en un solo paso. Además un disco flexible no se puede particionar.

GRABACIÓN:

Por la acción de un campo magnético de polaridad reversible que imanta la pista al actuar dicho campo sobre ella al salir a través del entrehierro, un corte realizado en un diminuto núcleo ferromagnético, hoy suplantado por una película delgada inductiva. El ancho del núcleo determina el ancho de la pista.

Este campo magnético se crea por una bobina de alambre arrollada sobre este núcleo al circular por ella una corriente eléctrica. El núcleo ferromagnético y  la bobina constituyen la cabeza. Todas  las pistas de una cara de un disco son leídas o escritas por una misma cabeza, portada por un brazo móvil. La cabeza que queda inmóvil sobre la pista a escribir o leer, mientras el disco gira frente a ella.

Existe una cabeza para cada cara de un disco. Los brazos que las soportan se mueven juntos, por lo que, si la cabeza de  la cara superior está sobre una cierta pista, la otra estará en una pista de la cara inferior, teniendo ambas pistas el mismo radio. Pero solo una cabeza puede estar activada por vez para leer o escribir sectores de la cara que le corresponde.

          En una ESCRITURA  a la cabeza seleccionada, muy próxima al disco, le llega del exterior por dos cables una señal eléctrica que presenta dos niveles de tensión eléctrica. Con el nivel bajo de tensión se produce la circulación de corriente isn (sur-norte) por la bobina que envuelve la pieza, con lo cual, ésta se  convierte en un poderoso imán con dos extremos con un polo sur y otro norte.

El campo magnético que sale del entrehierro magnetiza y orienta partículas de óxido de hierro de la superficie del disco que pasan frente al entrehierro al girar el disco, convirtiéndolas en microscópicos imanes igualmente polarizados y orientados, cuyo efecto sumado equivale a la existencia de un imán permanente en la superficie de ese tramo de pista.

El campo magnético de este imán así creado por la cabeza se manifestará sobre esa superficie magnetizada.

Cuando la señal que excita la cabeza cambia del nivel bajo al alto, se invierte  el sentido de la corriente ins(norte-sur) que circula por la bobina, lo que cambia, lo que cambia la polaridad magnética en los extremos del núcleo. Mientras dure esa polaridad se generan pequeños imanes en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza, pero de polaridad contraria a los generados a nivel bajo. Su efecto equivale análogamente a un imán superficial en ese tramo siguiente de la pista, cuya polaridad es opuesta a la del imán superficial formado en el tramo anterior.

Así pues, en la escritura de un disco, en concordancia  con cada cambio de nivel de la señal eléctrica binaria que actúa sobre la bobina, cambia de dirección la corriente que

circula por ella, resultando una sucesión d imanes permanentes sobre la superficie de la pista que se escribe, siendo cada porción así imantada de polaridad contraria a la que le sigue.

Cada uno de estos cambios codifica un uno que se almacena en la pista. La cantidad de ceros que le siguen  dependerá de la duración del nivel.

Al re escribir un sector la nueva escritura borra la anterior, por lo que no es necesario un paso intermedio para borrar la información antes escrita.

LECTURA:

         Durante ésta, la misma cabeza censará los campos magnéticos sobre la superficie de la pista accedida, para detectar cada cambio de polarización  cuando pasa de una porción de una pista polarizada N-S a las siguiente, polarizada S-N (cuando encuentra enfrentados dos polos).

Estos cambios originarán corrientes en la bobina, que aparecerán como breves impulsos eléctricos en los dos cables de la bobina que salen desde la cabeza. Puesto que cada uno de estos impulsos implica una inversión del campo magnético de la pista, y que estos cambios fueron producidos en la escritura cuando cambiaba el nivel de la señal eléctrica que actuaba sobre la bobina se puede reconstruir esta señal. Así es factible leer los unos y ceros que dieron lugar a los cambios de nivel.

Esta operación es no-destructiva.

Al igual que en la escritura, la cabeza permanece inmóvil en un punto mientras lee, generándose una pista circular en la cara del disco que gira debajo de ella, a la par que deja señales magnéticas en porciones de la misma que grabó. En un disco es factible generar muchas pistas concéntricas separadas, una por vez.

Al tener dos caras el disco permite leer el doble de datos antes de desplazar el cabezal a la pista siguiente accediendo una cara y luego a la contraria. Cada vez que en un disco  el cabezal se posiciona para acceder a una pista, accede a un cilindro imaginario que contiene pistas, una por cara. Así una vez la cabeza de una cara escribe o lee todos los sectores de una pista de esa cara se puede hacer lo mismo con las restantes  pistas del cilindro sin que se mueva el cabezal.

Bibliografía

http://www.exodo.com/Actualidad/Ciencias/ciens0039.asp

http://www.cnice.mecd.es/tecnologica/rincon/c3.DOC

http://members.es.tripod.de/labdeelectronica/discos.htm

http://www.lafacu.com/apuntes/informatica/discos_duros/default.htm 

http://www.lafacu.com/apuntes/informatica/disc_magne/default.htm

http://www.lafacu.com/apuntes/informatica/unid%5Fdisc/default.htm

http://www.lafacu.com/apuntes/informatica/disco%5Fduro/default.htm