DISCO DURO

DISCO DURO

En informática, un disco duro o disco rígido (en inglés Hard Disk Drive, HDD) es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos.

HISTORIA:

Al principio los discos duros eran extraíbles, sin embargo, hoy en día típicamente vienen todos sellados (a excepción de un hueco de ventilación para filtrar e igualar la presión del aire).

El primer disco duro, aparecido en 1956, fue el Ramac I, presentado con la computadora IBM 350: pesaba una tonelada y su capacidad era de 5 MB. Más grande que una nevera actual, este disco duro trabajaba todavía con válvulas de vacío y requería una consola separada para su manejo.

Su gran mérito consistía en el que el tiempo requerido para el acceso era relativamente constante entre algunas posiciones de memoria, a diferencia de las cintas magnéticas, donde para encontrar una información dada, era necesario enrollar y desenrollar los carretes hasta encontrar el dato buscado, teniendo muy diferentes tiempos de acceso para cada posición.

CARACTERISTÍCAS DE UN DISCO DURO

§  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.

ESTRUCTURA FISÍCA

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 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..

DIRECCIONAMIENTO

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.

§  Cilindro: conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara).

Tipos de conexión

Si hablamos de disco duro podemos citar los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa base, es decir pueden ser SATA, IDE,SCSI o SAS:

§  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)

§  SCSI: Son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación.

§  SATA (Serial ATA): El más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE..

§  SAS (Serial Attached SCSI): Interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS.

FUNCIONAMIENTO MECANICO

Un disco duro suele tener:

§  Platos en donde se graban los datos.

§  Cabezal de lectura/escritura.

§  Motor que hace girar los platos.

§  Electroimán que mueve el cabezal.

§  Circuito electrónico de control, que incluye: interfaz con la computadora, memoria caché.

§  Bolsita desecante (gel de sílice) para evitar la humedad.

§  Caja, que ha de proteger de la suciedad, motivo por el cual suele traer algún filtro de aire.

PRESENTE Y FUTURO

Actualmente la nueva generación de discos duros utiliza la tecnología de grabación perpendicular (PMR), la cual permite mayor densidad de almacenamiento. También existen discos llamados "Ecológicos" (GP - Green Power), los cuales hacen un uso más eficiente de la energía.

FABRICANTES

Los recursos tecnológicos y el saber hacer requeridos para el desarrollo y la producción de discos modernos implica que desde 2007, más del 98% de los discos duros del mundo son fabricados por un conjunto de grandes empresas: Seagate (que ahora es propietaria de Maxtor), Western Digital (propietaria deHitachi, a la que a su vez fue propietaria de la antigua división de fabricación de discos de IBM) y Fujitsu, que sigue haciendo discos portátiles y discos de servidores, pero dejó de hacer discos para ordenadores de escritorio en 2001, y el resto lo vendió a Western Digital. Toshiba es uno de los principales fabricantes de discos duros para portátiles de 2,5 pulgadas y 1,8 pulgadas. TrekStor es un fabricante alemán que en 2009 tuvo problemas de insolvencia, pero que actualmente sigue en activo. ExcelStor es un pequeño fabricante chino de discos duros.

Arquitectura de los computadores y la tarjeta madre

Arquitectura de computadoras

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

El ordenador recibe y envía la información a través de los periféricos por medio de los canales. La UCP es la encargada de procesar la información que le llega al ordenador. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la UCP. Todas aquellas unidades de un sistema exceptuando la UCP se denomina periférico, por lo que el ordenador tiene dos partes bien diferenciadas, que son: la UCP (encargada de ejecutar programas y que está compuesta por la memoria principal, la UAL y la UC) y los periféricos (que pueden ser de entrada, salida, entrada-salida y comunicaciones).

Introducción

La implantación de instrucciones es similar al uso de una serie de desmontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de muchas etapas de producción antes de tener el producto desarmado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes.

A estos procesadores se les conoce como pipeline processors. Estos están compuestos por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales. Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados enmemoria, produce nuevos datos o información para uso externo.

Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguientes aspectos:

§  Almacenamiento de operativos en la CPU: dónde se ubican los operadores aparte de la substractora informativa (SI)

§  Número de operandos explícitos por instrucción: cuántos operandos se expresan en forma explícita en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3.

§  Posición del operando: ¿Puede cualquier operando estar en memoria?, o deben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU. Cómo se especifica la dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles).

§  Operaciones: Qué operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones.

§  Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican.

Almacenamiento de operandos en la CPU

Las principales alternativas son:

§  Acumulador.

§  Conjunto de registros.

§  Memoria

Características: En una arquitectura de acumulador un operando está implícitamente en el acumulador siempre leyendo e ingresando datos. (Ej.: calculadora Standard -estándar-)

En la arquitectura de pila no es necesario nombrar a los operandos ya que estos se encuentran en el tope de la pila. (Ej.: calculadora de pila HP)

La Arquitectura de registros tiene sólo operandos explícitos (es aquel que se nombra) en registros o memoria.

Ventajas de las arquitecturas

§  Pila: Modelo sencillo para evaluación de expresiones (notación polaca inversa). Instrucciones cortas pueden dar una buena densidad de código.

§  Acumulador: Instrucciones cortas. Minimiza estados internos de la máquina (unidad de control sencilla).

§  Registro: Modelo más general para el código de instrucciones parecidas. Automatiza generación de código y la reutilización de operandos. Reduce el tráfico a memoria. Una computadora actualmente tiene como estándar 32 registros. El acceso a los datos es más rápido.

Desventajas de las arquitecturas

§  Pila: A una pila no se puede acceder aleatoriamente. Esta limitación hace difícil generar código eficiente. También dificulta una implementación eficiente, ya que la pila llega a ser un cuello de botella es decir que existe dificultad para la transferencia de datos en su velocidad mk.

§  Acumulador: Como el acumulador es solamente almacenamiento temporal, el tráfico de memoria es el más alto en esta aproximación.

§  Registro: Todos los operadores deben ser nombrados, conduciendo a instrucciones más largas.

TARJETA MADRE

Placa base formato MicroATX para PC de sobremesa (desnuda, sin ningún componente enchufado).

La placa base, también conocida como placa madre o tarjeta madre (del inglés motherboard o mainboard) es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan los componentes que constituyen la computadora u ordenador. Es una parte fundamental a la hora de armar una PC de escritorio o portátil. Tiene instalados una serie de circuitos integrados, entre los que se encuentra el chipset, que sirve como centro de conexión entre el microprocesador, la memoria de acceso aleatorio (RAM), las ranuras de expansión y otros dispositivos.

Va instalada dentro de una caja o gabinete que por lo general está hecha de chapa y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos y zócalos para instalar componentes dentro de la caja.

La placa base, además, incluye un firmware llamado BIOS, que le permite realizar las funcionalidades básicas, como pruebas de los dispositivos, vídeo y manejo del teclado, reconocimiento de dispositivos y carga del sistema operativo.

Componentes de la placa base

Una placa base típica admite los siguientes componentes:

§  Uno o varios conectores de alimentación: por estos conectores, una alimentación eléctrica proporciona a la placa base los diferentes voltajes e intensidades necesarios para su funcionamiento.

§  El zócalo de CPU es un receptáculo que recibe el microprocesador y lo conecta con el resto de componentes a través de la placa base.

§  Las ranuras de memoria RAM, en número de 2 a 6 en las placas base comunes.

§  El chipset: una serie de circuitos electrónicos, que gestionan las transferencias de datos entre los diferentes componentes de la computadora (procesador, memoria, tarjeta gráfica,unidad de almacenamiento secundario, etc.).

Se divide en dos secciones, el puente norte (northbridge) y el puente sur (southbridge). El primero gestiona la interconexión entre elmicroprocesador, la memoria RAM y la unidad de procesamiento gráfico; y el segundo entre los periféricos y los dispositivos de almacenamiento, como los discos duros o las unidades de disco óptico. Las nuevas líneas de procesadores de escritorio tienden a integrar el propio controlador de memoria en el interior del procesador además de que estas tardan en dregadarse aproximadamente de 100 a 200 años.

§  El reloj: regula la velocidad de ejecución de las instrucciones del microprocesador y de los periféricos internos.

§  La CMOS: una pequeña memoria que preserva cierta información importante (como la configuración del equipo, fecha y hora), mientras el equipo no está alimentado por electricidad.

§  La pila de la CMOS: proporciona la electricidad necesaria para operar el circuito constantemente y que éste último no se apague perdiendo la serie de configuraciones guardadas.

§  La BIOS: un programa registrado en una memoria no volátil (antiguamente en memorias ROM, pero desde hace tiempo se empleanmemorias flash). Este programa es específico de la placa base y se encarga de la interfaz de bajo nivel entre el microprocesador y algunosperiféricos. Recupera, y después ejecuta, las instrucciones del MBR (Master Boot Record), o registradas en un disco duro o SSD, cuando arranca el sistema operativo. Actualmente los ordenadores modernos sustituyen el MBR por el GPT y la BIOS por Extensible Firmware Interface.

§  El bus (también llamado bus interno o en inglés front-side bus'): conecta el microprocesador al chipset, está cayendo en desuso frente a HyperTransport y Quickpath.

§  El bus de memoria conecta el chipset a la memoria temporal.

§  El bus de expansión (también llamado bus I/O): une el microprocesador a los conectores entrada/salida y a las ranuras de expansión.

§  Los conectores de entrada/salida que cumplen normalmente con la norma PC 99: estos conectores incluyen:

§  Los puertos PS2 para conectar el teclado o el ratón, estas interfaces tienden a desaparecer a favor del USB

§  Los puertos serie, por ejemplo para conectar dispositivos antiguos.

§  Los puertos paralelos, por ejemplo para la conexión de antiguas impresoras.

§  Los puertos USB (en inglés Universal Serial Bus), por ejemplo para conectar periféricos recientes.

§  Los conectores RJ45, para conectarse a una red informática.

§  Los conectores VGA, DVI, HDMI o Displayport para la conexión del monitor de la computadora.

§  Los conectores IDE o Serial ATA, para conectar dispositivos de almacenamiento, tales como discos duros, unidades de estado sólido y unidades de disco óptico.

§  Los conectores de audio, para conectar dispositivos de audio, tales como altavoces o micrófonos.

§  Las ranuras de expansión: se trata de receptáculos que pueden acoger tarjetas de expansión (estas tarjetas se utilizan para agregar características o aumentar el rendimiento de un ordenador; por ejemplo, un tarjeta gráfica se puede añadir a un ordenador para mejorar el rendimiento 3D). Estos puertos pueden ser puertos ISA (interfaz antigua), PCI (en inglés Peripheral Component Interconnect), AGP (en inglés Accelerated Graphics Port) y, los más recientes, PCI Express.

Con la evolución de las computadoras, más y más características se han integrado en la placa base, tales como circuitos electrónicos para la gestión del vídeo IGP (en inglés Integrated Graphic Processor), de sonido o de redes (10/100 Mbps/1 Gbps), evitando así la adición de tarjetas de expansión.

Tipos de bus

Los buses son espacios físicos que permiten el transporte de información y energía entre dos puntos de la computadora.

Los buses generales son los siguientes:

§  Bus de datos: son las líneas de comunicación por donde circulan los datos externos e internos del microprocesador.

§  Bus de dirección: línea de comunicación por donde viaja la información específica sobre la localización de la dirección de memoria del dato o dispositivo al que se hace referencia.

§  Bus de control: línea de comunicación por donde se controla el intercambio de información con un módulo de la unidad central y los periféricos.

§  Bus de expansión: conjunto de líneas de comunicación encargado de llevar el bus de datos, el bus de dirección y el de control a la tarjeta de interfaz (entrada, salida) que se agrega a la tarjeta principal.

§  Bus del sistema: todos los componentes de la CPU se vinculan a través del bus de sistema, mediante distintos tipos de datos el microprocesador y la memoria principal, que también involucra a la memoria caché de nivel 2. La velocidad de transferencia del bus de sistema está determinada por la frecuencia del bus y el ancho del mínimo.

Placa multiprocesador

Una placa con dos procesadores.

Este tipo de placa base puede acoger a varios procesadores (generalmente de 2, 4, 8 o más). Estas placas base multiprocesador tienen varios zócalos de microprocesador, lo que les permite conectar varios microprocesadores físicamente distintos (a diferencia de los de procesador de doble núcleo).

Cuando hay dos procesadores en una placa base, hay dos formas de manejarlos:

§  El modo asimétrico, donde a cada procesador se le asigna una tarea diferente. Este método no acelera el tratamiento, pero puede asignar una tarea a una unidad central de procesamiento, mientras que la otra lleva a cabo a una tarea diferente.

§  El modo simétrico, llamado multiprocesamiento simétrico, donde cada tarea se distribuye de forma simétrica entre los dos procesadores.

Linux fue el primer sistema operativo en gestionar la arquitectura de doble procesador en x86.^{[cita requerida]} Sin embargo, la gestión de varios procesadores existía ya antes en otras plataformas y otros sistemas operativos. Linux 2.6.x maneja multiprocesadores simétricos, y las arquitecturas de memoria no uniformemente distribuida

Algunos fabricantes proveen placas base que pueden acoger hasta 8 procesadores (en el caso de socket 939 para procesadores AMD Opteron y sobresocket 604 para procesadores Intel Xeon).

Tipos

La mayoría de las placas de PC vendidas después de 2001 se pueden clasificar en dos grupos:

§  Las placas base para procesadores AMD

§  Slot A Duron, Athlon

§  Socket A Duron, Athlon, Athlon XP, Sempron

§  Socket 754 Athlon 64, Mobile Athlon 64, Sempron, Turion

§  Socket 939 Athlon 64, Athlon FX , Athlon X2, Sempron, Opteron

§  Socket 940 Opteron y Athlon 64 FX

§  Socket AM2 Athlon 64, Athlon FX, Athlon X2, Sempron, Phenom

§  Socket F Opteron

§  Socket AM2 + Athlon 64, Athlon FX, Athlon X2, Sempron, Phenom

§  Socket AM3 Phenom II X2/X3/X4/x6.

§  Socket AM3+ Sempron, Athlon II X2/X3/X4, Phenom II X2/X3/X4/X6, FX X4/X6/X8

§  Las placas base para procesadores Intel

§  Socket 7: Pentium I, Pentium MMX

§  Slot 1: Pentium II, Pentium III, Celeron

§  Socket 370: Pentium III, Celeron

§  Socket 423: Pentium 4

§  Socket 478: Pentium 4, Celeron

§  Socket 775: Pentium 4, Celeron, Pentium D (doble núcleo), Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme, Xeon

§  Socket 603 Xeon

§  Socket 604 Xeon

§  Socket 771 Xeon

§  LGA1366 Intel Core i7, Xeon (Nehalem)

§  LGA 1156 Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7 (Nehalem)

§  LGA 2011 Intel Core i7 (Sandy Bridge)

§  LGA 1155 Intel Core i7, Intel Core i5 y Intel Core i3 (Sandy Bridge)

Formatos

Las tarjetas madre necesitan tener dimensiones compatibles con las cajas que las contienen, de manera que desde los primeros computadores personales se han establecido características mecánicas, llamadas factor de forma. Definen la distribución de diversos componentes y las dimensiones físicas, como por ejemplo el largo y ancho de la tarjeta, la posición de agujeros de sujeción y las características de los conectores.

Con los años, varias normas se fueron imponiendo:

§  XT: es el formato de la placa base del PC de IBM modelo 5160, lanzado en 1983. En este factor de forma se definió un tamaño exactamente igual al de una hoja de papel tamaño carta y un único conector externo para el teclado.

§  1984 AT 305 × 305 mm ( IBM)

§  Baby AT: 216 × 330 mm

§  AT: uno de los formatos más grandes de toda la historia del PC (305 × 279–330 mm), definió un conector de potencia formado por dos partes. Fue usado de manera extensa de 1985 a 1995.

§  1995 ATX 305 × 244 mm (Intel)

§  MicroATX: 244 × 244 mm

§  FlexATX: 229 × 191 mm

§  MiniATX: 284 × 208 mm

§  ATX: creado por un grupo liderado por Intel, en 1995 introdujo las conexiones exteriores en la forma de un panel I/O y definió un conector de 20 pines para la energía. Se usa en la actualidad en la forma de algunas variantes, que incluyen conectores de energía extra o reducciones en el tamaño.

§  2001 ITX 215 × 195 mm (VIA)

§  MiniITX: 170 × 170 mm

§  NanoITX: 120 × 120 mm

§  PicoITX: 100 × 72 mm

§  ITX: con rasgos procedentes de las especificaciones microATX y FlexATX de Intel, el diseño de VIA se centra en la integración en placa base del mayor número posible de componentes, además de la inclusión del hardware gráfico en el propio chipset del equipo, siendo innecesaria la instalación de una tarjeta gráfica en la ranura AGP.

§  2005 [BTX] 325 × 267 mm (Intel)

§  Micro bTX: 264 × 267 mm

§  PicoBTX: 203 × 267 mm

§  RegularBTX: 325 × 267 mm

§  BTX: retirada en muy poco tiempo por la falta de aceptación, resultó prácticamente incompatible con ATX, salvo en la fuente de alimentación. Fue creada para intentar solventar los problemas de ruido y refrigeración, como evolución de la ATX.

§  2007 DTX 248 × 203 mm ( AMD)

§  Mini-DTX: 170 × 203 mm

§  Full-DTX: 243 × 203 mm

§  DTX: destinadas a PCs de pequeño formato. Hacen uso de un conector de energía de 24 pines y de un conector adicional de 2x2.

§  Formato propietario: durante la existencia del PC, mucha marcas han intentado mantener un esquema cerrado de hardware, fabricando tarjetas madre incompatibles físicamente con los factores de forma con dimensiones, distribución de elementos o conectores que son atípicos. Entre las marcas más persistentes está Dell, que rara vez fabrica equipos diseñados con factores de forma de la industria.

Fabricantes

Varios fabricantes se reparten el mercado de placas base, tales como Abit, Albatron, Aopen, ASUS, ASRock, Biostar, Chaintech, Dell, DFI, ECS EliteGroup, Epox, Foxconn, Gigabyte Technology,Intel, MSI, QDI, Sapphire Technology, Soltek, Super Micro, Tyan, VIA, XFX, Pc Chips, Zotac.

Algunos diseñan y fabrican uno o más componentes de la placa base, mientras que otros ensamblan los componentes que terceros han diseñado y fabricado.