Dispositivos de almacenamiento - Departamento de Tecnología

Almacenamiento
Jorge Juan Chico <jjchico@dte.us.es>, Julián Viejo Cortés <julian@dte.us.es>. 2012, 2014
Departamento de Tecnología Electrónica
Universidad de Sevilla
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Objetivos
●
Conocer los distintos dispositivos de memoria y
almacenamiento existentes y valorar ventajas e
inconvenientes de cada uno
2
Contenidos
●
●
●
●
●
●
Jerarquía
Memoria interna
Memoria externa
Discos magnéticos
Otros dispositivos
Sistemas de archivos
3
Almacenamiento. Clasificación
●
Ubicación
–
●
●
tamaño de la palabra,
número de palabras.
Unidad de transferencia
–
●
CPU, memoria interna,
memoria externa, ...
Capacidad
–
●
palabra, bloque
Tecnología de fabricación
–
●
Tipo de acceso
–
●
semiconductor,
magnética, óptica, ...
secuencial, aleatorio
Características físicas
–
Volatil/No-volatil,
borrable/no-borrable
Prestaciones
–
tiempo de acceso,
velocidad de
transferencia
4
Almacenamiento. Ubicación
●
Registros de la CPU
–
–
●
Memoria Interna (o Memoria Principal)
–
–
–
●
usados como argumentos en las operaciones lógicas,
aritméticas, etc.
almacenamiento más próximo a la CPU y de acceso más
rápido.
accesible directamente por la CPU (instrucciones de acceso
a memoria)
acceso rápido
medio semiconductor (circuito electrónico)
Memoria externa (o Dispositivos de Almacenamiento)
–
–
–
acceso indirecto: primero hay que transferir los datos a la
memoria principal
accesible mediante dispositivos de entrada/salida
diferentes medios: discos magnéticos, CD-ROM, cintas, etc.
5
Almacenamiento. Jerarquía
Registros
Registros CPU
CPU
Interna
●
No existe un tipo único de memoria que cubra todas las
necesidades
Es necesario combinar varios tipos
Externa
●
Memoria
Memoria caché
caché
Memoria
Memoria principal
principal
menor coste
mayor capacidad
mayor tiempo acceso
Discos
Discos magnéticos
magnéticos
Cintas/discos
Cintas/discos ópticos
ópticos
6
Memoria interna. Tipos
Tipo
M. de acceso
aleatorio (RAM)
Volatilidad
volátil
M. de sólo lectura
(ROM)
Operaciones
lectura / escritura
Borrado
por bytes
lectura
Escritura
eléctricamente
máscaras
no posible
ROM programable
(PROM)
PROM borrable
(EPROM)
chip completo
(luz ultrav.)
no-volátil
sobre todo lectura
eléctricamente
PROM borrable eléctr.
(EEPROM)
por bytes
eléctricamente
Memoria FLASH
por bloques
eléctricamente
7
Memoria interna. Ejemplo
8
Memoria interna. Evolución
9
Memoria caché
–
CPU
CPU
–
–
Caché
Caché
Memoria
Memoria principal
principal
–
–
Memoria de alta velocidad situada entre
la CPU y la memoria principal
Guarda los datos más recientes y que
serán accedidos por la CPU con mayor
probabilidad.
Se base en el "principio de localidad":
los datos/instrucciones accedidos
recientemente tienen mayor
probabilidad de ser accedidos en el
futuro.
Permite que la CPU opera a su
velocidad máxima.
Puede haber varios niveles de caché:
interna, externa, etc.
10
Memoria externa. Tipos
●
Discos magnéticos
–
–
–
–
●
CD/DVD
–
–
–
●
gran capacidad
lectura/escritura
alta velocidad
memoria secundaria
capacidad moderada
velocidad media
distribución de programas
y documentación, copias
de seguridad, etc.
●
Unidades Flash (llave USB,
etc.)
–
–
–
equivalente al disco
magnético pero con
tecnología Flash
fiable
alta velocidad
Cintas magnéticas
–
–
–
gran capacidad
acceso secuencial
copias de seguridad
11
Discos magnéticos
12
Discos magnéticos
●
Una unidad de datos (sector)
se accede indicando tres
parámetros:
C-H-S
Cilindro (C): proporciona la
posición radial de las cabezas.
El conjunto de cabezas se
desplaza el cilindro
seleccionado.
– Cabeza (H - Head): activa una
cabeza de lectura/escritura.
Selecciona una cara concreta.
– Sector (S): selecciona un
sector dentro de una pista. El
sector se lee al pasar por
debajo de la cabeza de
lectura/escritura.
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cilindro_Cabeza_Sector.svg
–
13
Discos magnéticos. Sector
cola
●
bloque de datos almacenados
Cola:
–
●
contiene información de localización y estado del sector
Datos:
–
●
cabecera
Cabecera:
–
●
datos
código de detección y corrección de errores (CRC)
Archivos
–
los archivos empleados por el Sistema Operativo se
construyen a base de listas de sectores distribuidos por el
disco de forma más o menos ordenada.
14
Discos magnéticos. Propiedades
●
Tiempo medio de acceso
–
–
●
Velocidad de transferencia máxima (burst rate)
–
–
●
tiempo medio que se tarde en mover las cabezas y rotar el
disco hasta comenzar a leer un sector
~ 10ms
velocidad de lectura de datos cuando se lee un sector
depende de la velocidad de rotación, el número de sectores
en una pista y el tamaño del sector
Velocidad de transferencia media
–
–
–
velocidad de lectura de datos media considerando tiempos
empleados en cambiar de un sector a otro
disminuye cuando aumenta la “fragmentación”
~ 20-60 MB/s
15
Cintas magnéticas
datos
●
●
●
cabezal
cabecera
Acceso secuencial
Estructura en bloques
Múltiples cabezas/pistas
16
CD-ROM/R/RW
–
–
–
–
Tecnología óptica
Una única pista en
espiral (5km)
20000 pistas
aparentes
Disco original audio:
● 1.2 m/s
● 73 min
● 774.57 MB
● 176.4 B/s
● (650MB efect.)
17
DVD-ROM/+-R/+-RW
–
–
–
–
Tecnología similar al CD pero con mayor capacidad
Mayor densidad por capa: 4.7GB (7 CD's)
Hasta 4 capas (dos por cara): 17 GB (26 CD's)
Diseñado para ~2 horas de vídeo MPEG2 a resolución PAL
CD
DVD
18
CD/DVD-ROM
19
CD/DVD-R
20
CD/DVD-RW
21
Sistemas de Archivos.
Dispositivos de bloques
●
Sector cero (MBR)
–
Cargador
–
Tabla de particiones
●
●
●
●
4 particiones primarias
más particiones dentro
de particiones
extendidas
/dev/sda
0
1
63
MBR
boot area
boot sect
part1
/dev/sda1
boot sect
part2
/dev/sda2
alineadas a cilíndros
Sector de arranque
–
En cada partición
–
Cargador S.O.
22
Sistemas de Archivos.
Dispositivos de bloques
–
Dispositivo de bloques: dispositivo físico que aparece
ante el sistema operativo como una lista numerada de
bloques de datos (habitualmente de 512B). Normalmente, el
S.O. puede leer y escribir cualquiera de estos bloques de
forma “aleatoria”.
●
Ej: disco magnético, partición de un disco, memoria flash
(pendrive), etc.
–
Sector de arranque: primer sector de un dispositivo de
bloques, empleado para almacenar código de arranque del
sistema (cargador).
–
Tabla de particiones: listado de particiones de un disco (o
similar) almacenado en el primer bloque del dispositivo.
–
Formato físico: proceso que prepara un medio físico para
que sea empleado como un dispositivo de bloques. Ej:
creación de marcas de inicio de bloque, etc.
23
Sistemas de archivos
Sistema de
Archivos
24
Sistemas de archivos
●
●
Sistema de archivos: organización de la información en
un dispositivo de bloques que permite acceder a la misma
a modo de archivos y carpetas.
Formato lógico (creación de sistema de archivos):
proceso que prepara un dispositivo de bloques para ser
empleado como un sistema de archivos.
–
●
Parte de los bloques se emplean para almacenar
información del S.A.: nombres de archivos, bloques que
pertenecen a un archivo, etc.
Fragmentación: efecto de que un archivo ocupe bloques
no consecutivos en el dispositivo físico.
–
Reduce el rendimiento del sistema de archivos.
25
Tipos de sistemas de archivos
●
●
●
●
●
●
ext4/ext3/ext2: Sistema de archivos principal usado en
GNU/Linux.
FAT16, FAT32 (vfat): Sistema de archivos poco eficiente
empleado por Microsoft, comenzando con MS-DOS.
NTFS: Sistema de archivos avanzado de Microsoft
empleado a partir de MS-Windows NT.
ISO9660/UDF: Sistemas de archivos usados en CD-ROM y
DVD.
Otros sistemas de archivos usados en GNU/Linux: reiserfs,
xfs, jfs, btrfs, ...
GNU/Linux es compatible con multitud de sistemas de
archivos, incluso con algunos de especificaciones
cerradas (ej: NTFS)
26
Sistemas de archivos UNIX.
inodos
metadatos
RAID
●
●
RAID (Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks)
–
Permite unir varios dispositivos físicos en un sólo dispositivo
lógico, bien por hardware (controlador de disco) o software
(sistema operativo)
–
Permite obtener sistemas de archivos más grandes y/o más
seguros (redundacia)
–
Permite mejorar notablemente la velocidad de acceso a
disco al transferir datos a/desde varios dispositivos
simultáneamente.
Tipos de RAID
–
RAID0, RAID1, RAID5, RAID6, RAID10, ...
●
RAID hardware
●
RAID software: mdadm
28
RAID
1 disco
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
RAID 0
A1
A3
A5
A7
A9
A11
A13
A15
A2
A4
A6
A8
A10
A12
A14
A16
RAID 1
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
29
RAID
RAID 5
A1
B1
C1
Dp
A2
B2
Cp
D1
A3
Bp
C2
D2
Ap
B3
C3
D3
30
RAID
RAID 6
A1
B1
C1
Dp
A2
B2
Cp
Dq
A3
Bp
Cq
D1
Ap
Bq
C2
D2
Aq
B3
C3
D3
31