El origen de los discos magnéticos

Discos magnéticos.

La verdadera memoria del computador reside en los discos magnéticos. La información almacenada en un disco no se borra con la falta de alimentación energética y además admite grandes cantidades de datos. El defecto de estos medios de almacenamiento de datos es su lentitud frente a la capacidad de transacción del procesador, principalmente debido a la existencia de elementos mecánicos.

El origen de los discos magnéticos está probablemente, si dejamos atrás el invento del fonógrafo y el posterior descubrimiento de un tal Valdemar Poulsen de la forma de registrar información por medios magnéticos, en los inconvenientes de almacenar la información en cintas magnéticas, principalmente la necesidad de recuperar los datos en el mismo orden en que han sido registrados, sin permitir el acceso selectivo. Esta es la ventaja fundamental de los discos frente a las cintas. La otra gran cualidad es la de la notable mejora en los tiempos de acceso.

Los discos consisten en una placa de algún material, flexible o rígido, recubierta de una capa magnetizable. Sobre esta capa se desliza - sin contactar físicamente con ella - un cabezal con las características de un electroimán que, convenientemente controlado por flujos eléctricos, induce una secuencia de campos magnéticos en la capa magnetizable, cuyos cambios de polaridad indicarán la existencia o inexistencia de datos. (Ej. puesto que trabajamos con información binaria, un cambio de polaridad del campo magnético indica la existencia de un 1 y ningún cambio durante un determinado periodo de tiempo indica la existencia de un cero).

Desde el comienzo de esta manera de almacenar datos se han ensayado diversos códigos (un código es un método que indica como traducir una ristra de bits a una ristra de pequeños campos magnéticos con polaridades invertidas). El objetivo de estos códigos es, primero, evidentemente, permitir la recuperación de toda la información codificada, pero además conseguir almacenar la mayor cantidad de información en el menor espacio. Un problema que han de resolver estos códigos es semejante al que se ha de resolver en la recuperación de datos en comunicación serie, la necesidad de sincronizar el receptor con el emisor, con la peculiaridad de que ambos no están interactuando simultáneamente. Por ello en el código se debe incorporar tanto datos como información de sincronismo. Vamos a comentar tres código muy utilizados con los discos magnéticos desde su creación:

FM (Modulación de frecuencia)

Este código divide el tiempo en intervalos iguales, destacando el comienzo de cada intervalo con un pulso - que sería equivalente a un cambio de polaridad de un campo magnético al siguiente en el disco - y en medio de cada intervalo codifica el bit de información (un pulso si es un 1, y ningún pulso si es 0). Esta técnica fue utilizada en los primeros discos, que en terminología de discos floppy luego se llamaron de simple densidad frente a los innovadores de doble densidad.

MFM (Modificación de la modulación de frecuencia)

El objetivo de este código frente al anterior es aumentar la densidad de información por unidad de tiempo (en realidad espacio porque estamos hablando de campos magnéticos inducidos en un medio físico) Para ello, enfrentando el problema de tener que proporcionar un reloj de sincronización del receptor con los datos allí almacenados, no es estrictamente necesario que esta información esté separada de los datos mismo. En realidad al receptor le basta con que se produzcan una serie de pulsos con cierta regularidad para mantener siempre bien delimitado el espacio temporal asignado a cada dato. Por ello en MFM se eliminan los pulsos de sincronismo puro y se usan los pulsos de datos para cumplir esta función. Sin embargo hay que evitar que se produzcan determinados hechos como que transcurra demasiado tiempo entre dos pulsos, como ocurriría si en la información codificada existieran muchos ceros seguidos. Para evitar esto sin necesidad de tener que utilizar un código de datos específico para transmisiones - como se hacía en transmisión serie - MFM codifica los bits de la siguiente manera:

bit a 1: se produce un pulso (o cambio de polaridad) en mitad de intervalo temporal asignado a este dato.

Bit a 0: a) Si el anterior fue un bit a 1 no se produce ningún cambio dentro del intervalo de tiempo asignado a este dato.

b) si el anterior fue un cero se produce un pulso al comienzo (para distinguirlo de un bit a 1) del intervalo de tiempo asignado a este dato.

Con esta forma de codificación se puede reducir el intervalo de tiempo asignado a un dato a la mitad que en el método FM, con lo cual se puede almacenar el doble de información; de ahí que a los discos que utilizaban este método les designasen como de doble densidad.

RLL

Pero al parecer, los métodos que consiguen mayores densidades de información grabada por unidad de espacio son los métodos codificados, es decir, aquellos que no almacenan directamente los datos, sino éstos traducidos a un código adecuado. El objetivo de estos códigos es introducir el menor número de transiciones de flujo (o pulsos) necesario para que el lector mantenga la sincronización. Las cabezas lectoras (grabadoras) se comportan más eficientemente si se tienen que enfrentar a menos transiciones, aunque no pueden prescindir por completo de una cierta regularidad para mantener la sincronización.

Genéricamente se puede definir a un código por su Run Length Limit (RLL) que define el máximo y el mínimo número de "no transiciones" que se puede encontrar entre dos transiciones (Traducido a binario, el máximo número de ceros entre dos unos, aunque en las codificaciones también se tienen en cuenta los pulso de sincronización). Por ejemplo se puede demostrar que para cualquier dato codificado en FM el mínimo y máximo números de no transiciones entre dos transiciones es (0,1), mientras que para MFM es (1,3) Un código que puede mejorar la densidad de grabación por encima de MFM es por ejemplo un código de tipo (2,7).

Cuando se usa un método codificado, hay que traducir el dato a su código asociado antes de grabar esa información en el disco (o cinta) magnético. Obsérvese que el código, en número de bits es mayor que el dato mismo y que sin embargo se logran mayores densidades de grabación, ello se va a deber a que debido a las particularidades del código se puede reducir el tamaño del intervalo asignado a cada dígito..

Al lado tenemos una tabla de traducción de código. La traducción consiste en convertir un patrón de datos a su correspondiente patrón de código. Por ejemplo sea la palabra "hola" en ASCII: 68h,6Fh,6Ch,62h:

01101000011011110110110001100010

la dividimos en patrones:

011 010 000 11 011 11 011 000 11 000 10

Naturalmente estos patrones han sido elaborados de manera que no haya confusión en su elección. Ahora hay que traducir cada patrón a su correspondiente código RLL y esa es la información que se graba en el disco.

Dato Código

RLL 2,7

000 000100

10 0100

010 100100

0010 00100100

11 1000

011 001000

0011 00001000

Organización del disco.

La superficie de un disco se divide en pistas concéntricas que son el espacio lineal que recorre la cabeza lectora (grabadora) mientras el disco da vueltas. La cabeza está soportada por un mecanismo radial que la mueve adelante y atrás, de manera que pueda leer (escribir) en un número de pistas concéntricas. Para aprovechar la dos caras del disco existe una cabeza por cada cara. Ambas cabezas se mueven simultáneamente.

Cada pista está dividida de forma lógica en sectores. Un sector es un espacio de pista en el que se puede almacenar una determinada cantidad de bits, corrientemente 512 aunque depende de la densidad y tamaño del disco. Todos los sectores tienen el mismo tamaño lógico con independencia de la pista en que se encuentre. Los sectores de cada pista tienen asignado un número de desplazamiento con respecto al que es considerado el primer sector. El primer sector está indicado por medio de un agujero en el disco que es detectado por el mecanismo correspondiente cuando pasa por debajo de la cabeza lectora (grabadora).

Cuando la cabeza detecta que el sector del cual desea extraer información está pasando por debajo, comienza a leer. A continuación puede producirse un cierto retardo mientras se elabora la información. Luego va a leer el siguiente sector pero el disco ha seguido girando mientras, y puede haberse perdido la oportunidad de hacerlo (dependiendo de la velocidad de controlador) hasta que el disco de una vuelta completa. Esto aumenta el retardo entre la lectura de un sector y la del siguiente. Para evitarlo los sectores lógicamente consecutivos no lo están físicamente (ver figura). A esto se le llama entrelazado. Ahora la cabeza no va a tener que esperar a que el disco de una vuelta completa, aunque seguirá teniendo que esperar a que el siguiente sector se sitúe debajo para comenzar a leerlo.

Formato de un disco.

Existen dos tipos de formato. El de bajo nivel que realiza el fabricante, escribiendo en cada sector información de identificación y determinando si no tiene problemas de lectura (escritura), en cuyo caso lo marcaría como erróneo, y el de alto nivel que consiste en clasificar los sectores del disco para las diversas funciones que van a cumplir y escribir algún

...