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

Estructura de Computadores
Estructura de Computadores::

Tema 4:
Tema 4:
Periféricos
Periféricos

Objetivos

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

t d

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
dar respuesta el computador para controlarlos e
intercambiar información con ellos.

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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
Capítulos 3 y 4.

Sitios Web interesantes

Storage Review: www.storagereview.com


IBM Storage: g
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
storage

• HP Data storage:

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

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Índice

1. Introducción

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

t

f

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

1. Transmisión en serie
2. Ethernet
3. USB - FireWire

EC: Periféricos

CPU

Periféricos

Direcciones
Direcciones

Datos

Control

Memoria

Principal

Unidad de E/S

P1

P2

. . .

Pn

EC: Periféricos

3

Periféricos

Ejemplos:

●

●

“Domésticos”:
Ratón
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: Sistema de E/S

Periféricos

Gran diversidad:

Modo de funcionamiento
● Modo de funcionamiento
Formato y tamaño de los datos
●
Velocidad de transferencia
●
Tiempo de acceso
●

Una posible clasificación:

Almacenamiento Parallel I/O

●
● Comunicación:

•
•
•

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

EC: Sistema de E/S

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Unidades de cinta magnética

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

EC: Periféricos

Unidades de cinta magnética

• Grabación en pistas (tracks) longitudinales

– Dominios magnéticos contiguos de polaridad alterna

EC: Periféricos

5

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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 15.142 b/mm)

EC: Periféricos

Unidades de cinta magnética

• El Cabezal graba 9 pistas simultáneamente

– 9 bits: 1 carácter

EC: Periféricos

6

Unidades de cinta magnética

• Formato de grabación

EC: Periféricos

Unidades de cinta magnética

• Bloques separados por espacios sin información

– IRG: Inter Record Gap

• Organización de los bloques

• Capacidad (bruta) (hasta 2,5 TB)

– Longitud de la pista X Densidad de grabación

• Velocidad de Transferencia (hasta 160 MB/s)
– Densidad de grabación X Velocidad lineal

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

SDLT - LTO

EC: Periféricos

Unidades de cinta magnética

• Grabación en serpentín (hasta más de 2.100 pistas)

EC: Periféricos

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Unidades de cinta magnética

EC: Periféricos

Unidades de cinta magnética

• Uso en la actualidad:

– Backup
– Aplicaciones comerciales basadas en cintas

• Librerías de cintas (64 lectores, 10.000 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

p p

y está al límite de ocupación.

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

que paralizan las copias

UNIX clients

...

Windows
clients

...

LAN Fast Ethernet

HP-UX Master Servers en
cluster: HP Service Guard

UNIX Media

Servers

Windows Media

Servers

VERITAS NETBACKUP ENTERPRISE 5.1

NAS: EMC

Celerra

SAN for Backup: Fiber Channel 2 Gbps – McData Directors

Control Path

Data path

Data path

Library
Station

Library
Station

Control Path

Librería Sun STK

SL8500

Librería Sun STK

SL8500

EC: Periféricos

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Comparativa de soluciones VTL

DISCO 

MIGRACIÓN 

PROPIETARIO

A CINTA

INTERFACES

DE‐

DUPLICACIÓN

REPLICACIÓN

ALTA 

CAPACIDAD 

DISPONIB.

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

Stacking, NDMP,  

Encriptación, 

Multi‐Export

56

8192

MAID

Encriptación, 
NDMP, Multi‐

Export 
Stacking, 
Mainframe

ió

i t

E
Encriptación con 
Decru DataFort

1024

1024

1024

64000

64000

64000

384

1500000

1500

10000

64

3200

3072

1024

5300000

32000

SOLUCIONES 
COMERCIALES
Diligent Tech. 

ProtecTIER
Hitachi Data 
S t
VTL
Systems VTL

FalconStor 
Software VTL

Copan Revolution 

RX300TX

EMC DiskLibrary 

4100

IBM VTS 7520

Sun VTL Plus

Fujitsu‐Siemens 

CentricStor
St

N tA N
NetApp NearStore 
VTL

Quantum DXi 5500

Sepaton ES‐2100S2

HP VLS9000

EC: Periféricos

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●

●

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

Disco Duro (HDD)

p

q

p

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

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

p

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

p

EC: Periféricos

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

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
- 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

Disco Duro (HDD)

top

t
tacc

tbúsqueda

tlatencia

tposicionamiento

testabil.

p70sX

p50s1

p50s1

p70s20

p70s21

tl
tle

0,8 ms

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

) p

p

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 i t
2.000 pistas o cilindros (C)
(C)
200 sectores (S)

ili d

8x2