Fundamentos de Arquitectura de Almacenamiento y Periféricos en Informática

Conceptos Fundamentales de Hardware y Almacenamiento

1. Controladoras de Almacenamiento

Realizar una lista de las diferentes controladoras:

ST506, MFM y RLL.
ESDI.
IDE.
EIDE.
ULTRA-DMA/ATAPI.
SATA.
SCSI (versiones 1, 2, 3, 5).
PCMCIA.
RAID.
Discos NAS.
Discos SAN.

2. Diferencia entre el Modo PIO y Acceso DMA

El modo PIO (Programmed Input/Output) implica que la transferencia de datos es gestionada directamente por el procesador. En cambio, el acceso DMA (Direct Memory Access) permite que los dispositivos accedan a la memoria directamente, sin requerir la intervención constante de la CPU, mejorando el rendimiento.

3. Elementos que Componen un Disco Duro (HD)

Cabeza (de lectura/escritura).
Disco (plato).
Eje.
Impulsor de cabeza.
Cilindro.
Clúster.
Pista.
Sector.
Actuadores.
Motor paso a paso (Stepper Motor).
Motor striper (se asume que se refiere al motor del eje o motor de giro).

4. Controladoras ATA (Parallel ATA)

Explicación de las diferentes controladoras ATA (Parallel ATA o PATA):

ATA-1.
ATA-2: Soporta transferencias rápidas en bloque.
ATA-3: Revisión de ATA-2.
ATA-4 (Ultra-DMA o ATA-33): Soporta transferencias de 33 MB/s.
ATA-5 (Ultra ATA/66, impulsado por Quantum): Transferencias de 66 MB/s.
ATA-6 (Ultra ATA/100): Transferencias de 100 MB/s.
ATA-7 (Ultra ATA/133): Transferencias de 133 MB/s. Esta tecnología fue la precursora de SATA.

5. Diferencias entre Controladoras PATA y SATA

PATA (Parallel ATA) utiliza una interfaz paralela. El conector PATA tradicionalmente tiene 40 conexiones (o 80 hilos, donde 40 son de datos y 40 son de tierra). SATA (Serial ATA) utiliza una interfaz serial, con un conector de 7 contactos (no 40 contactos y 80 polos, que es una descripción incorrecta para SATA).

Tipos de Almacenamiento y SSD

6. Tipos de Almacenamiento

Enumeración de diferentes tipos de almacenamiento:

Almacenamiento en Disco Duro (HD).
Almacenamiento en Estado Sólido (SSD).
Almacenamiento FLASH.
Almacenamiento en Red (NAS).
Red de Área de Almacenamiento (SAN).

7. Tipos de SSD

Según su conexión:

SATA.
mSATA.
PCI Express (incluyendo formatos NVMe).

Según el tipo de memorias utilizado:

Memoria NAND Flash.
Memoria DRAM (utilizada principalmente como caché).

Según las tecnologías de celda utilizadas:

SLC (Single Level Cell).
MLC (Multi-Level Cell).
TLC (Triple Level Cell).

8. Problemas Comunes con los SSD

Se deterioran a lo largo del tiempo debido al número limitado de ciclos de escritura/borrado.
Puede suceder que celdas adyacentes erróneas provoquen errores en los datos (corrupción de datos).

Sistemas RAID

9. Diferencias entre RAID-1, RAID-3 y RAID-5

RAID 1: Espejo (Mirroring). Los datos se duplican en dos o más discos, ofreciendo alta redundancia.
RAID 5: Paridad a nivel de bloque. Distribuye los datos y la información de paridad entre todos los discos, permitiendo la tolerancia a fallos de un disco.
RAID 3: Paralelo a nivel de byte. Utiliza un disco dedicado para almacenar la paridad.

10. Diferencias entre RAID-0 y JBOD

RAID-0 (Striping): Utiliza el bandeado (striping) para dividir los datos en bloques y distribuirlos entre múltiples discos. Ofrece el mejor rendimiento, pero no tiene redundancia ni tolerancia a fallos. Técnicamente, no es considerado un verdadero RAID porque carece de integración de datos redundante.
JBOD (Just a Bunch Of Disks): Es una concatenación de discos. Consiste en combinar múltiples discos físicos (que pueden ser de tamaño diferente) en un solo disco virtual grande. No ofrece ni rendimiento mejorado ni redundancia.

11. Sistemas RAID Anidados

Enumeración de sistemas RAID anidados (o híbridos):

RAID 10 (RAID 1+0).
RAID 0+1.
RAID 30.
RAID 100.
RAID 50.
RAID 6 (Aunque no es anidado, a menudo se lista con los avanzados por su doble paridad).

12. Sistemas RAID Propietarios

Enumeración de sistemas RAID propietarios o menos comunes:

Paridad doble (DP).
RAID 1.5.
RAID 7.
RAID S o RAID de paridad.
Matrix RAID.
Linux MD RAID 10.
IBM ServerRAID 1E.
RAID Z (ZFS).

Almacenamiento Óptico

13. División del Almacenamiento en CD-ROM

El almacenamiento en un CD-ROM se divide en segmentos llamados sectores. Generalmente, un sector contiene 2352 bytes, distribuidos de la siguiente manera:

2048 bytes de datos útiles.
304 bytes auxiliares, que incluyen:
- 12 bytes de sincronización.
- 4 bytes que indican la etiqueta del sector direccionado.
- 288 bytes reservados como campo auxiliar para corrección y detección de errores (ECC/EDC).

14. Velocidad de Lectura y Escritura de CD y DVD

La velocidad de lectura y escritura se mide en múltiplos de la velocidad base (1x = 150 KB/s para CD). Las velocidades comunes incluyen:

Velocidades de CD: 150 KB/s (1x), 1200 KB/s (8x), 1800 KB/s (12x), 2400 KB/s (16x), 3000 KB/s (20x), 3600 KB/s (24x), 4800 KB/s (32x), 5400 KB/s (36x), 6000 KB/s (40x), 7500 KB/s (50x).
Nota: Las velocidades de DVD son múltiplos de 1.385 MB/s.

15. FMD-ROM (Fluorescent Multilayer Disc Read-Only Memory)

Los discos FMD-ROM están recubiertos de una capa fluorescente. Al incidir el láser, este atraviesa las diferentes capas del disco sin dañar ni afectar a las anteriores, permitiendo una mayor densidad de almacenamiento. Su tamaño máximo teórico oscila entre 1025 GB y 100 TB.

Redes de Almacenamiento (SAN y NAS)

16. Definición de LUN

Un LUN (Logical Unit Number) es un identificador numérico que representa un conjunto de discos o una porción lógica de almacenamiento dentro de un sistema RAID o una cabina de almacenamiento, permitiendo que sea accesible por un servidor.

17. ¿Qué es SAN?

Una SAN (Storage Area Network) es una red dedicada al almacenamiento que está conectada a las redes de comunicación de una compañía. Además de contar con interfaces de red tradicionales, los equipos con acceso a la SAN tienen una interfaz de red específica que se conecta a la SAN. Permite el almacenamiento remoto y utiliza protocolos como Fibre Channel e iSCSI.

18. Protocolos Utilizados por SAN

Fibre Channel (FC).
iSCSI (Internet SCSI).

19. Capas de una SAN

Capa Host (servidores que acceden al almacenamiento).
Capa Fibra (la infraestructura de interconexión).
Capa Almacenamiento (los dispositivos de disco).

20. Tipos de Red de Almacenamiento SAN

Red Fibre Channel (FC)

Es la red física de dispositivos Fibre Channel que emplea:

Fibre Channel Switches y Directores.
El protocolo Fibre Channel Protocol (FCP) para transporte (SCSI-3 serial sobre Fibre Channel).

Red IP

Emplea la infraestructura del estándar LAN con hubs y/o switches Ethernet interconectados.

Una SAN IP emplea iSCSI para transporte (SCSI-3 serial sobre IP).

21. Conceptos Clave y Acrónimos de Almacenamiento

CHS: Cilindros-Cabezas-Sectores. Es un método tradicional de direccionamiento físico en discos duros.
SSCECHS: CHS extendido (Super Set of CHS). Una extensión del direccionamiento CHS.
S.M.A.R.T.: Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology. Tecnología de previsión de fallos de disco duro. Monitoriza los parámetros de funcionamiento que, al degradarse, predicen un fallo.
FAT: File Allocation Table. Tabla de asignación de archivos, un sistema de archivos antiguo.
LBA: Logical Block Addressing. Direccionamiento lógico de bloques, el método moderno para acceder a los datos en el disco.
RAID: Redundant Array of Independent Disks. Conjunto redundante de discos independientes.
SAN: Storage Area Network. Red de área de almacenamiento.
NAS: Network Attached Storage. Servidor de acceso en red de almacenamiento.
DAS: Direct Attached Storage. Almacenamiento de conexión directa (local o por red punto a punto).
Fibre Channel: Tecnología de red utilizada principalmente para redes de almacenamiento, disponible a velocidades de 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s y 8 Gbit/s, y superiores.
SSD: Solid State Drive. Almacenamiento en estado sólido.
TRIM: Comando que permite a un sistema operativo comunicarle a una unidad de estado sólido (SSD) qué bloques de datos ya no están en uso (por ejemplo, datos dejados al borrar ficheros), facilitando la gestión de la memoria.
IOPS: Input/Output Operations Per Second. Operaciones de entrada y salida por segundo, una métrica de rendimiento.
iSCSI: Internet SCSI. Protocolo que encapsula comandos SCSI sobre redes IP.
Hot Swap: Sustitución en caliente. Capacidad de reemplazar componentes (como discos) sin apagar el sistema (común en sistemas SAN y RAID).
Hot Spare: Disco sobrante o de repuesto. Un disco inactivo en un sistema RAID que se activa automáticamente para reemplazar un disco fallido.
Striping: Método de incrementar el índice de transmisión del sistema mediante el uso de varias unidades de disco en paralelo (como en RAID 0).
CIFS: Common Internet File System. Sistema de ficheros de Internet. Precursor de SMB.
SMB: Server Message Block. Es un protocolo de red que permite compartir archivos, impresoras y otros recursos entre nodos de una red de computadoras, especialmente en entornos Windows.
NFS: Network File System. Sistema de ficheros a través de Internet, común en entornos Unix/Linux.

22. Características de un Monitor TFT

Brillo: Es la relación entre la intensidad lumínica en una determinada dirección y el área aparente de la superficie que lo emite o refleja. Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²).
Contraste (Proporción de Contraste): Es la relación entre la parte más clara (blanco) y la más oscura (negro) de la imagen que el monitor puede producir.
Frecuencia de Refresco Vertical: Es la frecuencia con la que se refresca la información de los píxeles en sentido vertical, medida en Hertz (Hz).
Tiempo de Respuesta: Es el tiempo total empleado en encender un píxel y volverlo a apagar (o cambiar de gris a gris), medido en milisegundos (ms).
Resolución: Corresponde al número de píxeles de imagen que se muestran en la pantalla (ej. 1920×1080).
Ángulo de Visión: Es el ángulo máximo con el que se puede girar la pantalla y seguir viendo la imagen de forma correcta. El ángulo idóneo suele ser 90º, pero los monitores modernos pueden alcanzar hasta 170º o más.
Número de Colores: Es el número máximo de colores diferentes que el monitor puede representar (ej. 16.7 millones de colores).
Consumo: Es el gasto energético del monitor, medido en vatios (W). No afecta a la calidad de la imagen.
Conexiones: Los monitores actuales suelen tener tanto conexión analógica (VGA 15 Pin D-Sub) como digital (DVI, HDMI, DisplayPort).

23. Otros Conceptos y Siglas

Energy Star: Programa creado para promover los productos eléctricos con consumo eficiente de electricidad.
RAMDAC: Random Access Memory Digital-to-Analog Converter. Convertidor Digital-Analógico de memoria de acceso aleatorio, utilizado para convertir la señal digital de la tarjeta gráfica en una señal analógica para monitores CRT (obsoleto en TFT).
TFT: Thin-Film Transistor. Pantalla de cristal líquido de transistores de película fina.
CÓDEC: Codificador/Decodificador. Es un programa o dispositivo hardware capaz de codificar o decodificar una señal o flujo de datos digitales.
MIDI: Musical Instrument Digital Interface. Estándar tecnológico que describe un protocolo, una interfaz digital y conectores que permiten que varios instrumentos musicales electrónicos, computadoras y otros dispositivos relacionados se conecten y comuniquen entre sí.