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

Estructura de Computadores
Estructura de Computadores::

Tema 4:
Tema 4:
Periféricos
Periféricos
Periféricos
Periféricos

Objetivos

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

 Conocer y comprender los parámetros que los

caracterizan.
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

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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.
4ª edición. 2009.

 de Miguel, P.: Fundamentos de los

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

 Y un abundante conjunto de información

disponible en Internet…

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Sitios Web interesantes

 Storage Review: www.storagereview.com

• Sony Data storage:

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

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

• HP Data storage:
• HP Data storage:

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

• Pctechguide: https://www.pctechguide.com/hard-

disks

• HDDmag.com: http://HDDmag.com/best-hard-drive

[sept ‘17]

• SanDisk: SSD: https://www.sandisk.es/home/ssd

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Índice

1. Introducción

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

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Periféricos

CPU

Direcciones

Datos

Control

Memoria

Principal
Principal

Unidad de E/S

P1

P2

. . .

Pn

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Periféricos

 Ejemplos:

●

●

“Domésticos”:
Ratón
•
Teclado
•
Impresora
•
Disco duro (HDD)
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

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Periféricos

 Gran diversidad:

● Modo de funcionamiento

●

●

●
●

Formato y tamaño de los datos
Velocidad de transferencia
Tiempo de acceso
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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Unidades de cinta magnética

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

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Unidades de cinta magnética

• Grabación en pistas (tracks) longitudinales

– Dominios magnéticos contiguos de polaridad alterna

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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)
(hasta 19.094 b/mm)

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Unidades de cinta magnética

• El Cabezal graba 9 pistas simultáneamente

– 9 bits: 1 carácter

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Unidades de cinta magnética

• Formato de grabación

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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

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Unidades de cinta magnética

SDLT - LTO

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Unidades de cinta magnética

• Grabación en serpentín (hasta más de 3.500 pistas)

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Unidades de cinta magnética

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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)
• Librerías de cintas virtuales (VTL)
• Otros formatos:

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

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●

●

Disco Duro (HDD)

IBM 1956: IBM 350
-
-

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

IBM 1973: Tecnología “Winchester”. IBM 3340
-
-

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

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Disco Duro (HDD)

●

●

●

Dispositivo tipo bloque
Tamaño de los datos: bloque
Vtransf
tacc
tacc

●
●
● Modo de funcionamiento:

•
•
•

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

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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

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Disco Duro (HDD)

● Organización: Geometría. Coordenadas CHS

•
•
•

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

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Disco Duro (HDD)

● Formato de grabación

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

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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 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)

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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
el t de lectura/escritura será el de giro del sector: tle = tsect

•
•

top = tacc + tle

tacc = tbúsqueda + tlatencia

tbúsqueda = tposicionamiento + testabilización

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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:
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

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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 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?

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Disco Duro (HDD)

p50s1

top

tacc

tbúsqueda

tlatencia

tposicionamiento
tposicionamiento

testabil.
testabil.

p70s20

p70s21

tle

0,8 ms

p50s1

p50  p70:

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

4 ms

8 ms  +s10  X = s1+10 = s11 

p70sX

p70s11
s11  s20:

(20-11) sect * 0,8
ms/sect = 7,2 ms

16 ms

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Disco Duro (HDD)

Ejemplo de distribución de sectores lógicos o absolutos en el disco: ¡se
supone que los sectores se asignan llenando cilindros!

Ej.

•
•
•

8 superficies (Sf) o caras o cabezas (H)
2.000 pistas (P) o cilindros (C)
2.000 pistas (P) o cilindros (C)
200 sectores (S)  SP: nro de sect/pista

SC: nro. sect/cilin: 8 superficies (o caras)/cilindro x 1 pista/superf x 200
sectores/pista = 1.600 sectores por cilindro, sect/cilindro

Nro total de sectores en el HDD: 1.600 sect/cilind x 2.000 cilindros/HDD = 3.200.000
sect/HDD  del “0” al “3.199.999” sect. lógicos o absolutos

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

“x” [nro sector lógico o absoluto] = (C (o P), H (o Sf), S) [coord. geométricas]
“fórmulas” (es más fácil entenderlo ;-):

C = x DIV SC [DIV es división entera]
resto = x MOD SC
H (o Sf) = resto DIV SP
S = resto MOD SP

Ej.Ej.
SC: 1.600 sect/cilin
SP: 200 sect/pista
Sector absoluto o lógico: 1.234.567 o “1.234.567”
Cilindro = 1.234.567 DIV 1.600 = 771
resto = 1.234.567 MOD 1.600 = 967
Superficie = 967 DIV 200 = 4
Sector = 967 MOD 200 = 167

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

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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: t
= 0,2 ms
- 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.

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Disco Duro (HDD)

RAID: Redundat Array of Inexpensive Disks
Objetivos:
•
•
•
•

Incrementar la capacidad
Mejorar el velocidad de transf. y/o el tiempo de acceso
Aumentar la fiabilidad y la tolerancia a fallos
Ejemplo: RAID 4

EC: Periféricos

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Disco Duro (HDD)

●

Otras consideraciones
•
•
•
•
•
•
•

Movimiento de las cabezas
Zone Bit Recording
Direccionamiento lógico de los sectores: LBA
Caché interna
Interfaz: Velocidad de transferencia
Grabación perpendicular
Cabezas de lectura GMR (Giant Magnetoresitance)

● Medidas de fiabilidad:

•
•

MTBF: Mean Time Between F