PDF de programación - Tema 4: Periféricos - Estructura de Computadores

Estructura de Computadores:

Tema 4:
Periféricos

Objetivos

 Conocer el funcionamiento de los dispositivos
periféricos más importantes o habituales de los
computadores.

 Conocer y comprender los parámetros que los

caracterizan.

 Comprender la gran diversidad que existe

entre ellos y los problemas a los que tendrá que
dar respuesta el computador para controlarlos e
intercambiar información con ellos.

EC: Periféricos

2

Bibliografía recomendada

 Stallings, W.: Organización y arquitectura de
computadores. Prentice Hall. 7ª Edición. 2006.

 Patterson, D. A., Hennessy, J. L.: Computer

Organization and Design. Morgan-Kaufmann.
4ª edición. 2009.

 de Miguel, P.: Fundamentos de los

computadores. Paraninfo. 9ª edición. 2004
Capítulos 3 y 4.

EC: Periféricos

3

Sitios Web interesantes

 Storage Review: www.storagereview.com


IBM Storage:
http://www.ibm.com/systems/storage/
IBM Storage cintas:
http://www.ibm.com/systems/storage/tapes

• Sony Data storage:

http://www.sony.es/pro/products/archiving-
storage

• HP Data storage:

http://www8.hp.com/us/en/products/data-
storage/

EC: Periféricos

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1. Introducción

Índice

1. Situación en el computador
2. Clasificación
3. Características: Vtransf, tacc, formato, etc

2. Unidad de cinta magnética
3. Unidad de disco magnético
4. Unidades de Estado Sólido (SSD)
5. Discos ópticos: CD-ROM, DVD, Blue Ray
6. Monitor LCD
7. Comunicación

1. Transmisión en serie
2. Ethernet

EC: Periféricos

5

CPU

Periféricos

Direcciones

Datos

Control

Memoria

Principal

Unidad de E/S

P1

P2

. . .

Pn

EC: Periféricos

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Periféricos

 Ejemplos:

●

●

“Domésticos”:
Ratón
•
Teclado
•
Impresora
•
Disco duro (HDD)
•
LANCE (Local Area Network Controller for Ethernet)
•
Etc., etc.
•
“Industriales”
•
• Motores para la orientación de un telescopio
•
•

Sistema de control de actitud de un satélite artificial
Etc., etc.

Sensor de temperatura

EC: Periféricos

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Periféricos

 Gran diversidad:

● Modo de funcionamiento
●
●
●

Formato y tamaño de los datos
Velocidad de transferencia
Tiempo de acceso

 Una posible clasificación:

Almacenamiento

●
● Comunicación:

•
•
•

Humanos: Teclado, Ratón, Multimedia, Brain interfaces
Computadores: Redes: cluster, Grid computing
“Medio físico”: Sist. de control, embedded systems

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8

Unidades de cinta magnética

• Univac 1.951: cinta de ½ pulgada. 1,5 Mbit

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

• Grabación en pistas (tracks) longitudinales

– Dominios magnéticos contiguos de polaridad alterna

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

• Códigos de grabación
– División en celdas de bit

• Información de bit
• Información de sincronismo

• Densidad de grabación: Nº de bits por pulgada (bpi)

(hasta 19.094 b/mm)

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

• El Cabezal graba 9 pistas simultáneamente

– 9 bits: 1 carácter

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

• Formato de grabación

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

• Bloques separados por espacios sin información

– IRG: Inter Record Gap

• Organización de los bloques

• Capacidad (bruta) (hasta 6 TB)

– Longitud de la pista X Densidad de grabación

• Velocidad de Transferencia (hasta 300 MB/s)
– Densidad de grabación X Velocidad lineal

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

SDLT - LTO

EC: Periféricos

15

Unidades de cinta magnética

• Grabación en serpentín (hasta más de 3.500 pistas)

EC: Periféricos

16

Unidades de cinta magnética

EC: Periféricos

17

Unidades de cinta magnética

• Uso en la actualidad:

– Backup
– Aplicaciones comerciales basadas en cintas

• Librerías de cintas (192 lectores, 50.000 cintas)
• Librerías de cintas virtuales (VTL)
• Otros formatos:

– Serpentín: QIC, travan
– Exploración helicoidal: 8mm, dat

EC: Periféricos

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Ejemplo (Compañia de seguros española 2007)

Entorno de backup: Symantec Netbackup 5.1 + 2 Librerías SL8500

con Drives T9940

– Librerías compartidas con

Mainframe mediante Library Station
– 6 Drives T9940 para Netbackup por

librería

– Rendimiento máximo: 300 MB/s
– 6 servidores con acceso a librerías
– Entre 12 y 20 TB de backup diario
– 200 clientes de backup por red
– 40% crecimiento datos anual
– Ventana para backup: 24 horas/día

y está al límite de ocupación.

– Restauración supone parar backup
– Frecuentes fallos en drives y cintas

que paralizan las copias

EC: Periféricos

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19

Comparativa de soluciones VTL

DISCO

PROPIETARIO

MIGRACIÓN

A CINTA

INTERFACES

DE-

DUPLICACIÓN REPLICACIÓN

ALTA

DISPONIB.

CAPACIDAD
MÁXIMA

LIBRERIAS
VIRTUALES

DRIVES
VIRTUALES

CINTAS
VIRTUALES

EXTRAS

No

Sí

No

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

No

FC

FC

FC, iSCSI

FC

FC, iSCSI

FC

FC

FC

FC

FC, iSCSI,
NFS, CIFS

FC

FC

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

No

No

No

Sí

Sí

Sí

No

No

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

No

No

1 PB

50 TB

250 TB

896 TB

520 TB

1,7 PB

224 TB

230 TB

275 TB

18 TB

1,2 PB

300 TB

16

16

128

56

128

128

128

N/A

256

16

3072

128

256

256

128000

8192

1024

64000

Encriptación,

Stacking, NDMP,

Multi-Export

8192

MAID

56

1024

1024

1024

64000

64000

64000

Encriptación,
NDMP, Multi-

Export
Stacking,
Mainframe

384

1500000

1500

64

3072

1024

10000 Encriptación con
Decru DataFort

3200

5300000

32000

SOLUCIONES
COMERCIALES
Diligent Tech.
ProtecTIER
Hitachi Data
Systems VTL

FalconStor
Software VTL

Copan Revolution

RX300TX

EMC DiskLibrary

4100

IBM VTS 7520

Sun VTL Plus

Fujitsu-Siemens

CentricStor

NetApp NearStore

VTL

Quantum DXi 5500

Sepaton ES-2100S2

HP VLS9000

EC: Periféricos

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20

●

●

Disco Duro (HDD)

IBM 1.956: IBM 350
-
-

50 discos de 24” (61 cm)
5 MB. Tacc 0,5 s

IBM 1.973: Tecnología “Winchester”. IBM 3340
-
-

Discos sellados junto con el motor y las cabezas
70 MB. Tacc 25 ms

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

Dispositivo tipo bloque
Tamaño de los datos: bloque
Vtransf
tacc

●
●
●
●
● Modo de funcionamiento:

•
•
•

Organización: (p/c, sf/h, s)
Acceso a un sector
Distribución de múltiples sectores

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

● Nomenclatura: disco duro o HDD [Hard Disk Drive]
● Componentes:

• Motor: p.ej, 7.200 r.p.m.
•
•

Discos: superficie magnetizable, p.ej., óxido de hierro
Cabezales: transductores electromagnéticos

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

● Organización: Geometría. Coordenadas CHS

•
•
•

cilindros (C) o pistas
superficies (H) o caras
sectores (S)

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

● Formato de grabación

● Capacidad bruta vs. capacidad neta
● Información bruta vs. información neta

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

●

Parámetros:
•
•
•
•

Capacidad: p.ej., 500 GB
Vtransf: p.ej, 70 MB/s
tacc: p.ej, 5 ms
otras:
- densidad de grabación lineal: bits/pulgada
- densidad de grabación angular: bits/rad

● Otras:

•
•

distribución de los ‘sectores lógicos’ por cilindros
número variable de sectores/pista: Zone Bit Recording (ZBR)

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

●

Funcionamiento:
•
•
•

el motor gira siempre a la misma velocidad de rotación
el brazo se mueve hasta el cilindro destino: tbúsqueda
una vez en cilindro destino, t giro hasta el comienzo del
sector: tlatencia
el t de lectura/escritura será el de giro del sector: tle = tsect

•

top = tacc + tle

tacc = tbúsqueda + tlatencia

tbúsqueda = tposicionamiento + testabilización

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

Consideraciones sobre los tiempos que se deben tener siempre
presentes:

•

•

•

tbúsqueda:
- el motor no se para, luego conforme la cabeza se mueve el disco

habrá avanzado un determinado nº de sectores

tlatencia:
- en media es el tiempo de ½ vuelta
- depende de la vel. de rotación y del nº del sector
tle:
- es el t de giro del sector e igual si es Lectura o Escritura
- si no hay ZBR, tle = tsect = trev/#sect/pista

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

Ejemplo: HDD
Características:

- Vel. de giro: 3.000 r.p.m.  20 ms/rev
- Nº de pistas: 500 pistas
- Nº de sectores/pista (fijos): 25 sect/pista  tsect = 0,8 ms/sect
- T de pista a pista consecutiva: 0,2 ms/pista
- T estabilización al llegar pista destino: 4 ms

Caso:
En t= 0s la cabeza del disco se encuentra al comienzo del sector s1 en la pista p50:
¿en qué instante concluirá la transferencia del sector s20 de la pista p70?

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

top

tacc

tbúsqueda

tlatencia

tposicionamiento

testabil.

p70sX

p50s1

p50s1

p70s20

p70s21

tle

0,8 ms

p50  p70:
(70-50) pistas * 0,2 ms/pista
= 4 ms

4 ms
8 ms  +s10  X = s1+10 = s11 

p70s11
s11  s20:
(20-11) sect * 0,8
ms/sect = 7,2 ms

16 ms

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

Ejemplo de distribución de sectores lógicos en el disco:

•
•
•

8 superficies (H) o caras
2.000 pistas o cilindros (C)
200 sectores (S)

8x200 = 1.600 sectores por cilindros y 1.600x2.000 = 3.200.000 sectores
en el disco.

Sector absoluto: 1.234.567
Cilindro = 1.234.567/1.600 = 771
Resto = 1.234.567 mod 1.600 = 967
Superficie = 967/200 = 4
Sector = 967 mod 200 = 167

1.234.567 (C = 771, H = 4, S = 167)

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

Ejercicio

Sea una unidad de disco con las siguientes características:
- 4 Superficies
- 256 pistas (cilindros)
- Sectores de 1.024 bytes (80%). Información bruta: 256 bytes (20%)
- Pista Nº 1 tiene 5 cm de radio (Pi = 3,14159)
- Densidad de grabación lineal de la pista 1: 6.519 bits/cm
- Tiempo de avance de una pista a otra consecutiva: tpap = 0,2 ms
- Tiempo de estabilización: Test = 3 ms
- Velocidad de rotación: 3.000 rpm
Calcular:
1 Nº de sectores por pista
2 Capacidad bruta y neta
3 Tiempo medio de acceso y velocidad de transferencia
4 Si en t=0 las cabezas se hallan el sector 5 del cilindro 1,

tiempo empleado en leer los sectores 4.155, 4.107 y 1.328 consecutivamente.

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

RAID: Redundat Array of Ine