Introducción a la Arquitectura de Memoria

1. Funciones y Diferencias entre Memoria Principal y Secundaria

Memoria Principal (RAM): Almacena temporalmente los datos y las instrucciones de los programas que están en ejecución. Es volátil (pierde los datos al apagar el equipo) y su acceso es muy rápido.

Memoria Secundaria (Disco Duro, SSD, etc.): Almacena datos y programas de forma permanente. Es no volátil y ofrece mayor capacidad a un coste inferior. El acceso es significativamente más lento que el de la memoria principal y no requiere refresco constante.

Discos Magnéticos Tradicionales (HDD)

2. Razones de la Obsolescencia del Disquete

El disquete ha quedado obsoleto principalmente por dos razones:

• Baja Capacidad: Su capacidad de almacenamiento (típicamente 1.44 MB) es insuficiente para las necesidades de datos actuales.
• Poca Fiabilidad: Son dispositivos mecánicamente sensibles y propensos a la pérdida de datos.

3. Velocidad de Rotación (RPM)

Velocidad de Rotación del Disquete: La velocidad era baja (300 o 360 r.p.m.) debido a su diseño y a la baja densidad de datos que manejaban.

Velocidad de Rotación de un Disco Duro (HDD): Las velocidades típicas son mucho mayores, incluyendo 5400, 7200, 10000 y 15000 r.p.m. (revoluciones por minuto).

4. Denominación de Discos Duros en Sistemas Operativos

• Windows: Se denominan mediante letras seguidas de dos puntos (ej. C:, D:).
• Linux: Se denominan típicamente como dispositivos dentro del directorio /dev (ej. /dev/hda para IDE o /dev/sda para SATA/SCSI).

5. Elementos Estructurales del Disco Duro Magnético

Estos elementos definen la estructura física y lógica de almacenamiento en un HDD:

Plato

Cada uno de los discos circulares que componen el interior del disco duro, donde se almacenan los datos magnéticamente.

Cara

Cada una de las dos superficies de un plato, utilizada para el almacenamiento.

Cabeza

Elemento lector/escritor que flota sobre cada cara del plato. Hay una cabeza por cada cara.

Pista

Una circunferencia concéntrica dentro de una cara. La pista 0 se encuentra en el borde exterior.

Cilindro

Conjunto de pistas que están alineadas verticalmente (una pista de cada cara/plato). Es la unidad básica de direccionamiento en el modo CHS.

Sector

Cada una de las divisiones angulares de una pista. Es la unidad mínima de almacenamiento direccionable. El tamaño estándar actual es de 512 bytes (o 4096 bytes en formatos avanzados).

Clúster (Bloque)

Conjunto de uno o más sectores. Es la unidad mínima de asignación de espacio utilizada por el sistema operativo.

6. Significado de las Unidades C: y D: en Windows

Si en la ventana de Mi PC aparecen las unidades C: y D:, esto significa que:

• Tenemos un disco físico con dos particiones (ej. C: para el sistema y D: para datos).
• Tenemos instalados dos discos duros físicos, cada uno con al menos una partición.

(Nota: Ambas opciones son correctas, dependiendo de la configuración del sistema.)

22. Cálculo de Capacidad de un Disco Duro

La capacidad total de un disco duro se calcula mediante la siguiente fórmula:

$$\text{Capacidad} = \text{Cilindros} \times \text{Cabezas} \times \text{Sectores por Pista} \times 512 \text{ Bytes}$$

Para un disco de 923233 cilindros, 256 cabezas y 256 sectores por pista:

$$\text{Capacidad} = 923233 \times 256 \times 256 \times 512 \text{ Bytes}$$

Interfaces y Conectividad de Almacenamiento

11. Función del Jumper en Discos Duros IDE

El jumper (puente) en la parte trasera de un disco duro IDE (Integrated Drive Electronics) se utiliza para configurar el dispositivo como Maestro, Esclavo o Selección por Cable (CS). Esto es necesario porque dos dispositivos pueden compartir el mismo cable IDE.

12. Ventajas e Inconvenientes de Interfaces de Conexión

IDE (PATA)

• Ventajas: Bajo coste, tecnología madura.
• Inconvenientes: Baja velocidad de transferencia comparada con SATA/SCSI, cables anchos que dificultan la ventilación, limitación de dos dispositivos por canal.

SATA (Serial ATA)

• Ventajas: Mayor velocidad de transferencia (hasta 6 Gb/s en SATA III), cables delgados que mejoran el flujo de aire, conexión punto a punto (un dispositivo por puerto), soporte para conexión en caliente (Hot-Swap).
• Inconvenientes: Menor longitud de cable máxima que SCSI.

SCSI (Small Computer System Interface)

• Ventajas: Alto rendimiento, capacidad para conectar múltiples dispositivos en cadena (hasta 16), ideal para entornos de servidor y trabajo intensivo, mayor fiabilidad.
• Inconvenientes: Mayor coste, complejidad de configuración (terminadores e IDs), menos común en equipos de escritorio.

16. Cables de Datos: IDE vs. SATA

• IDE (PATA): Utiliza un cable plano y ancho (típicamente de 40 u 80 hilos) con tres conectores (uno a la placa base y dos para dispositivos).
• SATA: Utiliza un cable delgado de siete hilos con dos conectores (uno a la placa base y uno al dispositivo).

19. Número Máximo de Discos Conectables

• Conector SATA: 1 disco duro por conector.
• Conector IDE: 2 discos duros por conector (configurados como Maestro y Esclavo).

20. Velocidad Máxima de Transferencia (Teórica)

21. Modo LBA (Logical Block Addressing)

El modo LBA es un esquema de direccionamiento utilizado para acceder a los datos en un disco duro. En lugar de usar la geometría física (Cilindro, Cabeza, Sector), LBA asigna un número secuencial único a cada sector del disco.

Uso y Funcionamiento: Se inventó para superar las limitaciones de tamaño impuestas por la BIOS en el direccionamiento CHS (Cilindro-Cabeza-Sector), permitiendo a los sistemas operativos acceder a particiones y discos duros de gran capacidad (superiores a 528 MB o 8.4 GB, dependiendo de la implementación).

Almacenamiento Óptico (CD, DVD, Blu-ray)

8. Velocidad de Transferencia y Densidad

Velocidad de Transferencia

La velocidad base de un CD (1x) es de 150 KB/s.

• CD a 54x: 54 x 150 KB/s = 8100 KB/s (aproximadamente 7.9 MB/s).
• DVD a 16x: La velocidad base de un DVD (1x) es de 1350 KB/s. 16 x 1350 KB/s = 21600 KB/s (aproximadamente 21 MB/s).
• BD a 4x: La velocidad base de un BD (1x) es de 4500 KB/s. 4 x 4500 KB/s = 18000 KB/s (aproximadamente 17.5 MB/s).

Densidad de Información (DVD vs. CD)

La densidad de información de un DVD es superior a la de un CD debido a dos factores principales:

1. Menor Tamaño de Pits y Lands: Los surcos (pits) y las áreas planas (lands) que codifican la información son más pequeños y están más cerca entre sí en un DVD.
2. Uso de Múltiples Capas: Los DVD pueden utilizar dos capas de almacenamiento en una sola cara (DVD-9), duplicando la capacidad.

9. Capacidad de Almacenamiento de DVD

Las capacidades estándar de los DVD son:

• Una cara y una capa (DVD-5): 4.7 GB
• Una cara y dos capas (DVD-9): 8.5 GB
• Dos caras y una capa (DVD-10): 9.4 GB
• Dos caras y dos capas (DVD-18): 17.08 GB

13. Capacidad de Almacenamiento de Blu-ray Disc (BD)

Las capacidades estándar de los BD son:

• Una cara y una capa (BD-R/RE SL): 25 GB
• Una cara y dos capas (BD-R/RE DL): 50 GB

Tecnologías Avanzadas y Legado

10. Dispositivos que Utilizan Memoria Flash

La memoria flash es una memoria no volátil que se utiliza en una amplia gama de dispositivos. Las capacidades varían constantemente:

Dispositivos y Capacidades Típicas

• Unidades USB (Pen Drive): 8 GB, 16 GB, 32 GB, 64 GB, 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB.
• Tarjetas de Memoria (SD, MicroSD): 16 GB, 64 GB, 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB.
• Discos Duros de Estado Sólido (SSD): 250 GB, 500 GB, 1 TB, 2 TB, 4 TB, 8 TB.
• Teléfonos Móviles/Tabletas: 64 GB, 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB.

15. Ventajas del Uso de la Caché de Disco

La caché de disco (o búfer de disco) es una pequeña cantidad de memoria RAM de alta velocidad integrada en el propio disco duro (HDD o SSD). Su uso es crucial para el rendimiento del sistema, especialmente en aplicaciones intensivas en datos.

Ventajas:

• Mejora del Rendimiento: Almacena temporalmente los datos leídos o escritos recientemente, permitiendo que el sistema acceda a ellos a la velocidad de la caché (mucho más rápida que la mecánica del disco).
• Optimización de Operaciones: Permite la reordenación de las peticiones de lectura/escritura (command queuing), optimizando el movimiento de las cabezas lectoras.

Tamaños Típicos: En discos duros modernos (HDD), la caché suele encontrarse en tamaños de 64 MB, 128 MB o 256 MB.

23. Discos ZIP y JAZZ

Los discos ZIP y JAZZ fueron dispositivos de almacenamiento removible desarrollados por Iomega, populares a finales de los 90 y principios de los 2000.

• ZIP: Dispositivo de almacenamiento magnético removible, con capacidades iniciales de 100 MB, luego 250 MB y 750 MB.
• JAZZ: Unidad de mayor capacidad, utilizando tecnología similar a la de un disco duro, con capacidades de 1 GB y 2 GB.

Uso: Se utilizaban principalmente para el transporte de archivos grandes (en comparación con el disquete) y, especialmente el JAZZ, para realizar copias de seguridad (backups).

24. Discos Duros SSD (Solid State Drive)

Los SSD son dispositivos de almacenamiento que utilizan memoria flash no volátil para almacenar datos, a diferencia de los HDD que usan platos magnéticos giratorios.

(Corrección: La afirmación de que usan cabezas lectoras como un tocadiscos es incorrecta. Los SSD no tienen partes móviles.)

Ventajas respecto a Discos Magnéticos (HDD)

• Rapidez: Tiempos de acceso y velocidades de lectura/escritura significativamente superiores.
• Resistencia: Mayor resistencia a golpes y vibraciones al carecer de partes móviles.
• Menor Consumo: Requieren menos energía.
• Menor Ruido: Operación completamente silenciosa.

Desventajas respecto a Discos Magnéticos (HDD)

• Coste: Históricamente, el coste por gigabyte es superior al de los HDD.
• Vida Útil (Limitada): La memoria flash tiene un número limitado de ciclos de escritura (aunque esto ha mejorado drásticamente).

Clasificación y Rendimiento

25. Clasificación de Dispositivos de Almacenamiento

Los dispositivos de almacenamiento se clasifican según la tecnología utilizada para guardar los datos:

Magnéticos

• Disco Duro (HDD)
• Disquete
• Zip, Jaz
• Cintas Magnéticas

Ópticos

• CD (Compact Disc)
• DVD (Digital Versatile Disc)
• BD (Blu-ray Disc)

Electrónicos (Estado Sólido)

• Discos Duros SSD
• Memoria USB (Pen Drive)
• Tarjetas de Memoria (SD, CF, etc.)

14. Equivalencia de Capacidad (TB a CD)

Asumiendo que el CD de menor capacidad es de 650 MB (0.65 GB):

Equivalencia de 1 TB

$$1 \text{ TB} = 1024 \text{ GB}$$

$$\text{Número de CDs} = \frac{1024 \text{ GB}}{0.65 \text{ GB/CD}} \approx 1575 \text{ CDs}$$

Equivalencia de 512 GB

$$\text{Número de CDs} = \frac{512 \text{ GB}}{0.65 \text{ GB/CD}} \approx 788 \text{ CDs}$$

26. Cálculo de Datos Transferidos por Revolución

Si un disco duro transfiere datos a 100 MB/s y gira a 7200 r.p.m., primero calculamos las revoluciones por segundo (rps):

$$\text{RPS} = \frac{7200 \text{ r.p.m.}}{60 \text{ segundos/minuto}} = 120 \text{ rps}$$

Luego, dividimos la velocidad de transferencia por las revoluciones por segundo para obtener los datos enviados por cada vuelta:

$$\text{Datos por Vuelta} = \frac{100 \text{ MB/s}}{120 \text{ rps}} \approx 0.833 \text{ MB/revolución}$$