DISCOS DUROS

Disco duro



Un disco duro o disco rígido (en inglés hard disk drive) es un dispositivo no volátil, que conserva la información aun con la pérdida de energía, que emplea un sistema de grabación magnética digital. Dentro de la carcasa hay una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre los platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos estándares para comunicar un disco duro con la computadora; las interfaces más comunes son Integrated Drive Electronics (IDE, también llamado ATA) , SCSI generalmente usado en servidores, SATA, este último estandarizado en el año 2004 y FC exclusivo para servidores.

Tal y como sale de fábrica, el disco duro no puede ser utilizado por un sistema operativo. Antes se deben definir en él un formato de bajo nivel, una o más particiones y luego hemos de darles un formato que pueda ser entendido por nuestro sistema.

También existe otro tipo de discos denominados de estado sólido que utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente se limitaba a las supercomputadoras, por su elevado precio, aunque hoy en día ya se puede encontrar en el mercado unidades mucho más económicas de baja capacidad (hasta 512[1] GB) para el uso en computadoras personales (sobre todo portátiles). Así, el caché de pista es una memoria de estado sólido, tipo memoria RAM, dentro de un disco duro de estado sólido.

Su traducción del inglés es unidad de disco duro, pero este término es raramente utilizado, debido a la practicidad del término de menor extensión disco duro (o disco rígido).



Estructura física

Dentro de un disco duro hay uno o varios platos (entre 2 y 4 normalmente, aunque hay hasta de 6 ó 7 platos), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.
Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara (no es una cabeza por plato, sino una por cara). Si se mira el esquema Cilindro-Cabeza-Sector (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. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros) ó 3 millonésimas de milímetro. Si alguna llega a tocarlo, causaría muchos daños en el disco, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos (uno de 7.200 revoluciones por minuto se mueve a 129 km/h en el borde de un disco de 3,5 in.

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;
* Pista: 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).
* Sector : cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. 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 usa más eficientemente el disco duro.

El primer sistema de direccionamiento que se usó fue el CHS (cilindro-cabeza-sector), ya que con estos tres valores se puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó otro sistema más sencillo: LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este es el que actualmente se usa.

Tipos de conexión

Si hablamos de disco rígido podemos citar a los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa madre, es decir pueden ser SATA, IDE o SCSI.

IDE: Integrated Device Electronics ("Dispositivo con electrónica integrada") 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 hace poco, el estándar principal por su versatilidad y relación calidad/precio.

SCSI: Son discos duros de gran capacidad de almacenamiento . Se presentan bajo tres especificaciones: SCSI Estándar (Standard SCSI), SCSI Rápido (Fast SCSI) y SCSI Ancho-Rápido (Fast-Wide SCSI). Su tiempo medio de acceso puede llegar a 7 mseg y su velocidad de transmisión secuencial de información puede alcanzar teóricamente los 5 Mbps en los discos SCSI Estándares, los 10 Mbps en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbps en los discos SCSI Anchos-Rápidos (SCSI-2).

Un controlador SCSI puede manejar hasta 7 discos duros SCSI (o 7 periféricos SCSI) con conexión tipo margarita (daisy-chain). A diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al microprocesador, lo que los vuelve más rápidos.

SATA (Serial ATA): Nuevo estándar de conexión que utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. En la actualidad hay dos versiones, SATA 1 de hasta 1,5 Gigabits por segundo (192 MB/s) y SATA 2 de hasta 3,0 Gb/s (384 MB/s) de velocidad de transferencia.

BIOS

BIOS


El Sistema Básico de Entrada/Salida o BIOS (Basic Input-Output System ) es un código de software que localiza y reconoce todos los dispositivos necesarios para cargar el sistema operativo en la RAM; es un software muy básico instalado en la placa base que permite que ésta cumpla su cometido. Proporciona la comunicación de bajo nivel, el funcionamiento y configuración del hardware del sistema que, como mínimo, maneja el teclado y proporciona salida básica (emitiendo pitidos normalizados por el altavoz de la computadora si se producen fallos) durante el arranque. El BIOS usualmente está escrito en lenguaje ensamblador. El primer término BIOS apareció en el sistema operativo CP/M, y describe la parte de CP/M que se ejecutaba durante el arranque y que iba unida directamente al hardware (las máquinas de CP/M usualmente tenían un simple cargador arrancable en la ROM, y nada más). La mayoría de las versiones de MS-DOS tienen un archivo llamado "IBMBIO.COM" o "IO.SYS" que es análogo al CP/M BIOS.

El BIOS (Basic Input-Output System) es un sistema básico de entrada/salida que normalmente pasa inadvertido para el usuario final de computadoras. Se encarga de encontrar el sistema operativo y cargarlo en memoria RAM. Posee un componente de hardware y otro de software, este último brinda una interfaz generalmente de texto que permite configurar varias opciones del hardware instalado en la PC, como por ejemplo el reloj, o desde qué dispositivos de almacenamiento iniciará el sistema operativo (Windows, GNU/Linux, Mac OS X, etc.).

El BIOS gestiona al menos el teclado de la PC, proporcionando incluso una salida bastante básica en forma de sonidos por el altavoz incorporado en la placa base cuando hay algún error, como por ejemplo un dispositivo que falla o debería ser conectado. Estos mensajes de error son utilizados por los técnicos para encontrar soluciones al momento de armar o reparar un equipo. Basic Input/Output System - Sistema básico de entrada/salida de datos). Programa que reside en la memoria EPROM (Ver Memoria BIOS no-volátil). Es un programa tipo firmware. La BIOS es una parte esencial del hardware que es totalmente configurable y es donde se controlan los procesos del flujo de información en el bus del ordenador, entre el sistema operativo y los demás periféricos. También incluye la configuración de aspectos importantísimos de la máquina.

El mercado de los BIOS

La gran mayoría de los proveedores de placas madre de computadoras personales delega a terceros la producción del BIOS y un conjunto de herramientas. Estos se conocen como "proveedores independientes de BIOS" o IBV (del inglés independent BIOS vendor). Los fabricantes de placas madre después personalizan este BIOS según su propio hardware. Por esta razón, la actualización de el BIOS normalmente se obtiene directamente del fabricante de placas madre.
Los principales proveedores de BIOS son American Megatrends (AMI), General Software, Insyde Software, y Phoenix Technologies (que compró Award Software International en 1998).

SOCKET O ZÓCALO

Zócalo de CPU



El zócalo o socket (en inglés) es un sistema electromecánico de soporte y conexión eléctrica, instalado en la placa base, que se usa para fijar y conectar un microprocesador. Se utiliza en equipos de arquitectura abierta, donde se busca que haya variedad de componentes permitiendo el cambio de la tarjeta o el integrado. En los equipos de arquitectura propietaria, los integrados se sueldan sobre la placa base, como sucede en las consolas de videojuegos.

Existen variantes desde 40 conexiones para integrados pequeños, hasta mas de 1300 para microprocesadores, los mecanismos de retención del integrado y de conexión dependen de cada tipo de zócalo, aunque en la actualidad predomina el uso de zócalo ZIF (pines) o LGA (contactos).

Historia
Los primeros procesadores desde el Intel 4004, hasta los de principios de los años 80, se caracterizaron por usar empaque DIP que era un estándar para los circuitos integrados sin importar si eran analógicos o digitales. Para estos empaques de pocos pines (hasta 44) y de configuración sencilla, se usaron bases de plástico con receptores eléctricos, que se usan todavía para otros integrados.
Debido al aumento en el numero de pines, se empezó a utilizar empaques PLCC como en el caso del intel 80186. Este empaque puede ser instalado directamente sobre la placa base (soldándolo) o con un socket PLCC permitiendo el cambio del microprocesador. Actualmente es usado por algunas placas base para los integrados de memoria ROM. En ese zócalo, el integrado se extrae haciendo palanca con un destornillador pequeño.
En algunos Intel 80386 se usó el empaque PGA en el cual una superficie del procesador tiene un arreglo de pines, y que requiere un zócalo con agujeros sobre su superficie, que retiene el integrado por presión. En la versión para el procesador intel 80486 SX se implemento el llamado Socket 1 que tenia 169 pines. Según estudios de Intel, la presión requerida para instalar o extraer el integrado es de 100 libras, lo que condujo a la invención de zócalos de baja presión LIF y por ultimo al zócalo de presión nula ZIF.

Funcionamiento

El zócalo va soldado sobre la placa base de manera que tiene conexión eléctrica con los circuitos del circuito impreso. El procesador se monta de acuerdo a unos puntos de guia (borde de plástico, indicadores gráficos, pines o agujeros faltantes) de manera que cada pin o contacto quede alineado con el respectivo punto del zócalo. Alrededor del área del zócalo, se definen espacios libres, se instalan elementos de sujeción y agujeros, que permiten la instalación de dispositivos de disipación de calor, de manera que el procesador quede entre el zócalo y esos disipadores.
En los últimos años el numero de pines ha aumentado de manera substancial debido al aumento en el consumo de energía y a la reducción de voltaje de operación. En los últimos 15 años, los procesadores han pasado de voltajes de 5 V a algo mas de 1 V y de potencias de 20 vatios, a un promedio de 80 vatios.
Para trasmitir la misma potencia a un voltaje menor, deben llegar mas amperios al procesador lo que requiere conductores mas anchos o su equivalente: mas pines dedicados a la alimentación. No es extraño encontrar procesadores que requieren de 80 a 120 amperios de corriente para funcionar cuando están a plena carga, lo que resulta en cientos de pines dedicados a la alimentación. En un procesador Socket 775, aproximadamente la mitad de contactos son para la corriente de alimentación.
La distribución de funciones de los pines, hace parte de las especificaciones de un zócalo y por lo general cuando hay un cambio substancial en las funciones de los puertos de entrada de un procesador (cambio en los buses o alimentación entre otros), se prefiere la formulación de un nuevo estándar de zócalo, de manera que se evita la instalación de procesadores con tarjetas incompatibles.
En algunos casos a pesar de las diferencias entre unos zócalos y otros, por lo general existe retrocompatibilidad (las placas bases aceptan procesadores más antiguos). En algunos casos, si bien no existe compatibilidad mecánica y puede que tampoco de voltajes de alimentación, sí en las demás señales. En el mercado se encuentran adaptadores que permiten montar procesadores en placas con zócalos diferentes, de manera que se monta el procesador sobre el adaptador y éste a su vez sobre el zócalo.

SOCKET

MONTAJE DE PC

BANCOS DE MEMORIA

Los bancos de memoria


Sea cual sea el tipo de elementos de memoria que se utiliza, la memoria situada en la placa principal de una PC se ha organizado en dos bancos de memoria desde la generación de la PC 286. El primero se denomina "Banco 0" y el segundo "Banco 1".

Dado que, por lo general, es posible instalar diferentes tipos de chips de memoria, la capacidad de un banco de memoria depende del tipo de chips que utilice. Por esta razón, las placas 286 mas antiguas pueden alcanzar dos valores máximos, de 1 o de 4 MB de RAM, dependiendo de si se utilizan chips de 256 kilobits o chips de 1 megabit.

Las placas principales de las PC de alta velocidad 386 y 486 contienen casi siempre SIMM. Cuando se utilizan módulos de 4 MB, se pueden alcanzar capacidades de memoria de 32 MB "en la placa". Esto es posible porque un banco de memoria, por regla general, incluye cuatro tomas o zócalos, por lo tanto, un total de ocho tomas pueden recibir SIMM. Algunas placas contienen incluso 16 tomas de este tipo, por lo cual se puede instalar hasta un máximo de 64 MB de RAM en la placa.

COMBINACION DE DISTINTOS CHIPS DE MEMORIA



Los bancos de memoria

Dentro de un mismo banco de memoria, solo se deben utilizar chips de memoria de igual capacidad. Sin embargo, se permite el uso de chips con distintos tiempos de acceso. Los accesos a memoria se comportar n simplemente con referencia al chip mas débil del sistema. Aunque dentro de un banco de memoria se pueden mezclar chips de distintos fabricantes, en ocasiones esto pudiera traer problemas.
No siempre est permitido utilizar chips con diferentes capacidades entre los bancos de memoria de una placa principal. Para mayor información, diríjase a los documentos que se incluyen en su placa principal.

LA ADMINISTRACION DE MEMORIA DE LAS COMPUTADORAS COMPATIBLES IBM


Los bancos de memoria

Ya mencionamos con anterioridad en este capítulo la correlación existente entre generaciones de procesadores y memoria direccionable cuando se analizaron las diferentes generaciones de procesadores de computadoras personales. Durante los últimos once años el limite de memoria física ha aumentado de manera espectacular. Como resultado, la cantidad de memoria que puede direccionarse gracias a estos procesadores ha crecido de 1 MB a 4 gigabytes.

Ya sea un 386 o un 486, los sistemas actuales de las PC de alta velocidad son compatibles hacia abajo con la PC original IBM de 1981, basada en la CPU 8088 esto significa que todas las generaciones de PC son todavía capaces de operar en el mismo modo de la PC original y también utilizan el mismo sistema operativo. Aunque este sistema operativo se encuentra en su sexta generación, todavía obliga a las PC modernas a trabajar muy por abajo de su potencial. Además del problema de compatibilidad con el 8088 y el uso de DOS, en las computadoras actuales nos encontramos con el problema que se esconde en la administración de la memoria.

El 8088 dividía su memoria direccionable en un segmento para el sistema operativo y los programas de aplicación (un máximo de 640k de memoria de trabajo) y en otro segmento de sistema de memoria o controlador de memoria.
El último segmento contiene segmentos de dirección para el adaptador de video, el sistema BIOS y los otros componentes del hardware, el cual se fijo en un tamaño de 384k. La suma total dio un resultado de 1024k o 1 MB de memoria. Este sistema utilizó por completo toda la franja de memoria direccionable por la CPU 8088.

El 80286 y sus sucesores disponen de una franja de memoria direccionable bastante más amplia, que va desde 1 MB.

Los requerimientos ineludibles de compatibilidad con el 8088 determinaron la capacitación de las líneas 286, 386, y 486 para trabajar en "Real Adress Mode" (modo real de direccionamiento).

En este modo operativo el bus de direcciones queda restringido a los conductos A0 hasta A19, en otras palabras, a los 20 conductos de direccionamiento con que cuenta el 8088.

De este modo, la franja de memoria direccionable se reduce a 1 MB. Así, las computadoras rápidas experimentan una restricción y operan como los equipos 8088 de más alto rendimiento.

Los procesadores sólo pueden aprovechar la capacidad completa de los 24 o 32 bits si operan en "modo protegido". Sólo de este modo es posible el aprovechamiento de la "memoria extendida" y del espacio de memoria direccionable que excede 1 MB como memoria de trabajo.

Por desgracia, este modo operativo es totalmente ajeno al DOS, pues este sistema fué desarrollado originalmente para su integración en un equipo que ni lo conocía ni lo necesitaba

En este sentido, puede decirse que el MS-DOS se ha quedado obsoleto.

CONECTORES AT Y ATX

Conectores AT
La introducción del IBM PC AT en 1984, supuso bastantes cambios en el diseño del hardware, sin embargo, apenas modificó los conectores de alimentación, que seguían adoptando la misma disposición. Las únicas modificaciones se referían a la antigua señal "Power ground", que pasó a denominarse "Power Good", y a la introducción de una nueva señal de +5 V en el lugar que ocupaba la "key" original de polarización, lo que originó algunos problemas, dada la posibilidad de confusión a la hora de abrochar los conectores de la fuente.



Conector ATX
La disposición de los conectores de alimentación tipo AT, se mantuvo durante largo tiempo, hasta que la reducción generalizada de las tensiones de funcionamiento en las placas y en las tarjetas montadas en ellas, que coincidió con la introducción del factor de forma ATX por parte de Intel, introdujo un nuevo tipo de conector de 20 pines. A su vez el conector hembra de lado de la fuente pasó a ser también de una sola carcasa, abandonándose el sistema de los dos conectores Molex que venían usándose desde el inicio de la era PC.