Medios de Almacenamiento

Este trabajo de investigación está basado principalmente en información extraída de Internet. Trata de aportar un panorama amplio de los Tipos de Medios de Almacenamiento.

Entre ellos los más extensamente utilizados hasta hoy son los Discos Magnéticos. De éstos se describen sus Características generales, Tiempo de Lectura, Formateo. Mecanismos de grabación con sus distintos Métodos, mecanismos de Lectura. Los factores que determinan la Capacidad de un disco magnético y su Fragmentación. Describe además los componentes y principales características de los Discos flexibles, Floptical, Unidad y diskette ZIP.

Entre los Discos ópticos; CD-ROM, CD-DA (Digital Audio), CD-I , CD-ROM XA (de extended Architecture), DVI, WORMs (Write Once Read Many), CD-R (Compact Disc Recordable) y los Discos Magnético ópticos.

Analiza la Tecnología de cambio de fase, utilizada por los CD reescribibles.

Describe los Discos y Unidades PD, DVD-ROM, DVD-RAM.

Y para terminar analiza las Características importantes de los discos ópticos.

Los discos, sean rígidos, CDs, o disquetes se consideran memoria auxiliar o secundaria, de gran capacidad de almacenamiento en relación con la memoria principal, pero de acceso un millón de veces más lento.

Las unidades de discos y de CD se designan periféricos de almacenamiento masivo. 

Los distintos tipos de discos existentes para computación, tienen en común que se emplean como soportes para almacenar grandes cantidades de información (datos y programas), en general, durante largo tiempo. Difieren en la tecnología de almacenamiento / lectura, en la cantidad de información que memorizan, en el tiempo que se tarda en acceder y transferir datos requeridos, en la seguridad con que mantienen la información durante un tiempo estimado, y en el costo por megabyte almacenado.

La siguiente clasificación se hace en función del primero de los aspectos citados: la tecnología de almacenamiento y lectura, determinante de los restantes.

Discos Magnéticos

Un disco magnético (rígido o flexible) es sinónimo de soporte de almacenamiento externo, complemento auxiliar de la memoria principal RAM de una computadora (memoria electrónica interna de capacidad limitada, un millón de veces más rápida de acceder que un disco, pero volátil).

La información residente en un disco está agrupada y clasificada constituyendo archivos o ficheros ('files"), como quiera llamarse, identificables por su nombre. Un archivo puede contener datos o programas.

Con la tecnología actual de los sistemas de computación, gran parte de los procesos de Entrada y Salida de datos tienen como origen y destino los discos magnéticos. Esto se manifiesta en que:

Comúnmente, los disquetes son usados para copias de resguardo ('backup"), y para transportar archivos de programas o de datos.

Los discos rígidos y disquetes son medios de almacenamiento externos. Para ser leídos o escritos deben insertarse en el periférico "unidad de disco"' ("disk drive") que para los disquetes se denomina "disquetera".

Características generales de los discos magnéticos

Se considera un dispositivo de almacenamiento de información magnético todo aquel que se base en las propiedades magnéticas de algunos materiales.
Un disco magnético esta constituido por un superficie metálica, en el caso de los hard disks o plástica en el caso de los floppy disks, recubierta por un capa de un material magnetizable, los datos se almacenan cambiando el sentido del campo magnético de dicha sustancia, y una cabeza de lectura y grabación por cada superficie de disco (actualmente los discos duros vienen en paquetes de varios platos), esta cabeza esta conformada por un electroimán que puede inducir un campo magnético o detectar el sentido del cambio magnético. La cabeza se mueve radialmente mientras que el disco gira en un sentido. La información se almacena en pistas concéntricas que a su vez se dividen en sectores, que a su vez se dividen en bloques.

La unidad funcional de lectura o escritura es el sector. Entre sector y sector existen unas separaciones llamadas "gaps". Para poder localizar un dato se debe conocer el plato, la cara, el cilindro (conjunto de pistas concéntricas que ocupan la misma posición en cada plato) y el sector.

Tiempo de Lectura

El tiempo que toma leer un dato en n disco magnético tiene dos componentes:

• El tiempo de posicionamiento, el intervalo de tiempo que toma posicionar la cabeza sobre la pista correspondiente.
• Tiempo de latencia, el tiempo que tarda el disco en ubicar el sector debajo de la cabeza.

En un disquete este tiempo será del orden de (70 + 100) mseg. = 170 mseg. En un disco rígido es mucho menor: hoy es común tener 10 mseg de seek(posicionamiento), y 7 mseg de latencia (a 4500 r.p.m.) en total 17 mseg.

Suponiendo una lectura, una vez que los tiempos de posicionamiento y de latencia hayan pasado, la cabeza debe leer bit por bit dicho sector, pasando estos bits en serie hacia la electrónica, y luego hacia la interfaz del disco o disquete. El destino final de los bits que conforman el campo de datos de un sector, es la zona de memoria principal (buffer) reservada para esos datos. A esta zona esos bits leídos llegan en paralelo (de 16 ó 32 por vez) a través del bus que une la interfaz con la memoria principal.

Sea un disco de 32 sectores por pista, que gira a 3.600 r.p.m. = 60 r.p.seg. » 1 revolución/ 16 mseg.

Un sector cualquiera de los 32 de una pista será recorrido por la cabeza en 1/32 de revolución, o sea en 16 mseg/32 = 0,5 mseg. Durante este tiempo de lectura, los bits del campo de datos (que forman 512 bytes) se van transfiriendo hacia la electrónica (IDE o SCSI) de la unidad de disco, a medida que la cabeza los va leyendo. O sea que durante dicho tiempo se están enviando a razón de 512/0,5 bytes/mseg. = 1024 bytes/mseg = 1.024.000 bytes/seg., casi 1 MB/seg.

Este valor constituye la velocidad de transferencia interna.

Los discos rígidos giran a tal velocidad que si tan solo una pequeña partícula de polvo colisionara con la cabeza al estar en la superficie del disco dañaría severamente la cabeza y el plato. Este problema fue solucionado con la tecnología Winchester que consistía en platos herméticamente cerrados. En los discos flexibles las fallas son mucho más frecuentes ya que la cabeza para leer presiona contra la superficie.

Formateo de discos

Actualmente los discos rígidos vienen con formateo físico o de bajo nivel realizado por el fabricante, cada cara tiene un número de pistas y sectores predeterminado. Lo que se denomina formateo lógico o de alto nivel es realizado por el usuario mediante el comando format, este crea en el disco:

• el área de sistema,
• el registro de arranque (boot sector),
• la FAT (File Alocation Table) y
• el directorio raíz (root directory).

Las diferencias con los discos floppy es que estos últimos son formateados física y lógicamente en un solo paso, y que un disco flexible no se puede particionar.

Un disco (sea flexible o duro) almacena los bytes de los archivos en uno o varios sectores de pistas circulares. Ellas son anillos concéntricos separados lo menos posible entre sí, existentes en sus dos caras recubiertas de una fina capa superficial de material magnetizable. Este es del tipo usado en las cintas de audio, siendo que las partículas ferromagnéticas que lo componen conservan su magnetismo aunque desaparezca el campo que las magnetizó.

Luego del formateo, en cada sector quedan grabados los campos que lo constituyen entre los cuales se halla el que permite identificar un sector mediante una serie de números, y el campo de 512 bytes reservado para datos a grabar o regrabar, lo cual tiene lugar cada vez que se ordena escribir dicho sector.

La grabación.

La grabación se logra como en un grabador de audio- por la acción de un campo magnético de polaridad reversible (N-S ó S-N), que imanta la pista al actuar dicho campo sobre ella, al salir a través de un corte ("entrehierro") realizado en un diminuto núcleo ferromagnético (núcleo hoy suplantado por una película delgada inductiva). El ancho de este núcleo determina el ancho de la pista (0,1 mm o menos).

Una bobina de alambre arrollada sobre este núcleo genera dicho campo magnético, al circular por ella una corriente eléctrica. El núcleo ferromagnético y la bobina constituyen una cabeza (head). Todas las pistas de una cara de un disco son escritas o leídas por una misma cabeza, portada por un brazo móvil. La cabeza queda inmóvil sobre la pista a escribir o leer, mientras el disco gira frente a ella.

Los brazos se mueven juntos. 0 sea, que si la cabeza de la cara superior está sobre una cierta pista, la otra cabeza estará en una pista de la cara inferior, teniendo siempre ambas pistas el mismo radio (una está sobre la otra separadas por el espesor del disco).

Sólo una cabeza puede estar activada por vez, para leer o escribir sectores de la cara que le corresponde.

En una escritura, a la cabeza seleccionada -muy próxima o tocando la superficie del disco- le llega del exterior -por dos cables- una señal eléctrica que presenta dos niveles de tensión eléctrica.

Con el nivel bajo de tensión se produce una circulación de corriente i_sn por la bobina que envuelve la pieza, con lo cual ésta se convierte en un poderoso imán, con sus extremos con un polo sur (S) y otro norte (N).

El campo magnético que sale del entrehierro magnetiza y orienta partículas de óxido de hierro de la superficie del disco o disquete, que pasan frente al entrehierro al girar el disco, convirtiéndolas en microscópicos imanes. Así, durante el tiempo que la señal eléctrica citada está en el nivel bajo, se genera -en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza- un conjunto de pequeños imanes igualmente polarizados y orientados, cuyo efecto sumado equivale a la existencia de un imán permanente en la superficie de ese tramo de pista.

El campo magnético de este imán así creado por la cabeza se manifestará sobre esa superficie magnetizada, superficie que es circular por estar fija la cabeza y girar el disco.

Cuando la señal que excita la cabeza cambia del nivel bajo al alto, se invierte rápidamente el sentido de la corriente (i_ns) que circula por la bobina, por lo cual cambia la polaridad magnética en los extremos del núcleo (de SN a NS). Ahora, mientras dure esta polaridad (el tiempo que la señal está alta), se generan pequeños imanes en el tramo de la pista que pasó frente a la cabeza, pero de polaridad contraria a los generados cuando la ~ estaba baja. El efecto de los mismos equivale a un imán superficial en ese tramo siguiente de la pista, cuya polaridad es opuesta a la del imán superficial formado en el tramo anterior.

De esta forma, en la escritura de un disco, en concordancia con cada cambio de nivel de la señal eléctrica binaria que actúa sobre la bobina, cambia de dirección la corriente que circula por ella, resultando una sucesión de imanes permanentes (conformados a su vez por muchos imanes microscópicos) sobre la superficie de la pista que se escribe, siendo cada porción así imanada de polaridad contraria a la que le sigue.

Cada uno de estos cambios codifica un uno que se almacena en la pista, y la cantidad de ceros que le siguen depende de la duración del nivel.

En síntesis: en una escritura, luego que el material ferromagnético de una cara pasa frente a la cabeza magnetizante quedan formados una sucesión de imanes superficiales, los cuales conforman una pista circular, por estar la cabeza fija, y girar la superficie del disco. Los campos magnéticos de estos imanes se manifestarán en la superficie de la pista, codificando unos y ceros.

Ninguna porción de una pista puede quedar sin magnetizar: forma parte de un imán NS o SN. Esto también asegura, en una regrabación, el borrado de la información grabada anteriormente sobre una pista.

Si se re escribe un sector no es necesario realizar un paso intermedio de borrar la información antes escrita. La nueva escritura borra la anterior, igual que en un grabador de audio o video.

Lectura

Durante una lectura, la misma cabeza -en un proceso inverso al de grabación- sensará los campos magnéticos sobre la superficie de la pista accedida, para detectar cada cambio de polarización cuando pasa de una porción de una pista polarizada N-S a la siguiente, polarizada S-N, o sea cuando se encuentran enfrentados dos polos norte o sur. Estos cambios originarán corrientes en la bobina, que aparecerán como breves impulsos eléctricos en los dos cables de la bobina que salen desde la cabeza. Puesto que cada uno de estos impulsos implica una inversión del campo magnético de la pista, y que estos cambios fueron producidos en la escritura cuando cambiaba el nivel de la señal eléctrica que actuaba sobre la bobina, se puede reconstruir esta señal. Así es factible determinar (leer) los unos y ceros que dieron lugar a los cambios de nivel, según la codificación (MFM o RLL) empleada.

Esta operación es "no destructiva": pueden obtenerse copias de los datos guardados sin que éstos se alteren.

Las cabezas (dos por plato) están sobre una misma vertical, constituyendo el "cabezal", y son portadas por brazos de una "armadura" que las desplaza juntas entre platos cuando pasan de una posición (pista) a otra.

Cuando se almacena un archivo, los datos son grabados magnéticamente en sectores de las pistas, en el campo para 512 bytes reservado en cada sector durante el "formateo", como se describirá. La cabeza que graba estos campos podrá luego volver a recorrerles, para leer las señales magnéticas que grabó en ellos, que representan la información almacenada.

Para comprender cómo se generan dichas pistas en un disco o disquete, podemos imaginar o realizar el siguiente experimento. Sobre el plato de un tocadiscos colocamos una cartulina de su mismo tamaño y lo hacemos girar. Luego tomamos un lápiz mecánico y apoyamos suavemente la punta de su mina sobre la cartulina, manteniendo inmóvil la mano. Entonces, sobre la cartulina se generará tina circunferencia visible. Si después, mientras gira el plato, sobre un punto de dicha circunferencia colocamos fija la punta del lápiz, pero sin la mina, por debajo del lápiz pasarán los puntos de la circunferencia antes generada. Esto equivale a un sensado ("lectura') de dicha circunferencia.

En disquetes y discos la información se organiza físicamente como sigue:

Métodos de Grabación

El número máximo de inversiones sucesivas de flujo magnético por centímetro o pulgada cuadrada debe permitir escrituras o lecturas seguras. Está limitado por las características del material magnético, por el ancho del entrehierro, y la sensibilidad de la cabeza.

Para un número máximo dado de tales inversiones, de lo que se trata, en principio, es codificar la mayor cantidad de unos y ceros por centímetro de pista, habiéndose desarrollado para tal fin varios métodos, que implicaron sucesivas mejoras en la densidad de almacenamiento. En todos ellos, en una escritura, cada cambio de nivel de la señal eléctrica que se aplica a una cabeza, produce una inversión en el flujo magnético de la superficie de la pista que está siendo escrita. Por lo tanto, se busca codificar la mayor cantidad de unos y ceros con el menor número de cambios de nivel en dicha señal.

Los tres métodos de codificación que se discutirán tienen en común:

Una codificación emplea inversiones de flujo extras para separar bits, y otra las usa sólo para separar ceros. Estas inversiones usadas para demarcar bits -que en correspondencia requieren cambios de nivel en las señales eléctricas que se aplican a una cabeza- se denominan "clocks", en el sentido que sirven para autosincronismo, a fin de poder determinar tiempos de duración de bits.

En la grabación de disquetes se usa principalmente el método de codificación conocido como MFM (Modulación de Frecuencia Modificada). En los rígidos la técnica anterior se ha reemplazado por otra conocida como RLL ("Run Lenght Limited", traducible como "longitud limitada de ceros corridos" o sea sucesivos), que permite hasta un 50% más de densidad de grabación. Ambas codificaciones son mejoras sucesivas del denominado método de grabación FM ("Frecuencia Modulada").

En la grabación FM, se emplea siempre una inversión de flujo antes de cada bit a escribir, sea uno o cero; y además se debe emplear otra inversión por cada bit de valor uno a escribir, inversión que se da a mitad de camino entre la inversión que indica su comienzo y la del comienzo del bit siguiente. 0 sea, que para escribir un uno se requiere dos cambios de nivel en la señal que recibe la cabeza: un cambio para indicar que empieza un bit, y otro para señalar que se trata de un uno.
A diferencia, la escritura de un cero implica sólo un cambio de nivel, para indicar el comienzo de dicho bit, siendo que la ausencia de otro cambio inmediatamente después identifica que se trata de un cero.
La denominación FM se debe a que en la codificación de unos sucesivos, resulta una frecuencia de pulsos mayor que la existente para ceros sucesivos, o sea que existen dos frecuencias distintas para unos y ceros.

Dado que en la codificación FM, para grabar un uno se necesita dos inversiones de campo magnético en la pista, fue reemplazada por la MFM, que permite codificar un uno con una sola inversión de campo, siendo que sólo usa inversión para indicación de comienzo de bit, cuando un cero está precedido por otro cero.

Esta convención permite codificar la misma secuencia de unos y ceros, con la mitad de inversiones de flujo que con FM. Por lo tanto en MFM se puede duplicar el número de bits por pulgada de pista, para una cantidad máxima de inversiones posibles por pulgada (que depende del material magnético usado).

Para los discos rígidos de gran capacidad fue necesario aumentar la densidad de grabación, para lo cual se creó la codificación RLL que permite con un menor número de inversiones de flujo codificar una mayor cantidad de bits (hasta 50% más que con MFM). A tal fin, una sucesión de bits a escribir se descompone, a partir del primero, en sucesivos grupos de bits

Capacidad de un disco magnético

En el cálculo de la capacidad total de almacenamiento de un disco magnético intervienen:

Los disquetes de 3 ½" contienen cobalto en el material magnético. Los primeros fueron del tipo 2DD (dos caras y doble densidad), con 9 sectores/pista, o sea 512x9 = 4608 Bytes/pista. Tenían 135 tpi, por lo cual son posibles 80 pistas/cara.

Entonces resultaban: 4608 x 80 = 368.640 Bytes por cara; y en total 368.640 x 2 = 737.280 Bytes = 720 KB.

En 3 ½" se popularizaron los del tipo 2HD, de alta densidad, también de 135 tpi, (80 pistas) pero de 18 sectores por pista. La capacidad total será el doble que el anterior: 18 x 512 x 80 x 2 = 1.474560 Bytes = 1,44 MB.

Igual método de cálculo se aplica a discos rígidos.

Así, un rígido de 8 platos, con 1024 pistas (cilindros) por cara, y 63 sectores (de 512 Bytes) por pista, tendrá una capacidad por cara de 63 x 512 x 1.024 = 33.030.144 Como tiene 8 platos = 16 caras, la capacidad neta total será: 33.030.144 x 16 = 520 MB.

Generalizando, la capacidad neta de un disco o disquete puede calcularse como:

Capacidad = Sectores por pista x Tamaño sector (Bytes ) x Pistas (cilindros) por cara x Nro de caras.

No es aconsejable forzar la capacidad máxima que admite cada tipo de disquete, so pena de que a mediano plazo pueda comenzar a perder datos almacenados.

Debe tenerse presente, que la capacidad que aparece indicada en discos rígidos es "bruta", no ocupable totalmente con archivos. Se pierde en promedio del orden de un 20%, puesto que en cada sector se deben escribir bits con el número que lo identifica, junto con información de control, amen de los bits de final e inicio que se usan para separar los sectores contiguos entre sí.

Fragmentación

El DOS va llenando un disco con archivos, intentando ocupar sectores sucesivos de un mismo cilindro, aunque "no sabe" si esto ocurre realmente, o si un archivo está parte en un cilindro y parte en el siguiente, dado que el DOS ignora que un disco tiene cilindros y pistas,

Esto trae aparejado más demoras en la lectura y escritura de archivos, las cuales se incrementan si un archivo está distribuido en varios cilindros distintos (pues el cabezal debe realizar muchos movimientos de posicionamiento para ir de un cilindro a otro). Asimismo, una vez que un disco fue escrito hasta el final, el DOS amplía archivos en sectores que fueron dejados libres por haberse borrado en forma total o parcial otros archivos.

Resulta así una distribución azarosa de porciones de archivos por distintos cilindros, conocida como "fragmentación" externa. Esta tiene lugar al cabo de cierto tiempo, cuando se guardan, borran, y vuelven a escribir archivos, e inevitablemente cuando un disco está por colmar su capacidad. En definitiva, el DOS fue pensado para aprovechar al máximo la capacidad de un disco, dejando en segundo lugar la optimización del tiempo de lectura de los archivos.

Si un disco está muy fragmentado, cuando se debe leer un archivo se pierde mucho tiempo, pues el cabezal debe ir de un cilindro a otro donde están grabados sectores de dicho archivo.

Esto no ocurre si todos los sectores de un archivo están en un mismo cilindro. Para lograr esta distribución con todos los archivos de un disco, se recurre a un programa para "desfragmentar", cuando se nota que un disco duro se ha vuelto muy lento.

Discos flexibles

Un disco flexible o "disquete" o "floppy", como quiera llamarse, consiste en un disco de material plástico tipo mylard, cubierto con una capa de material magnetizable en ambas caras. Está contenido en un sobre que sirve para protegerlo del polvo, rayaduras, huellas digitales y golpes.

Los disquetes son removibles de la disquetera (designadas A ó B) en la que están insertados.

Cuando un disquete se introduce en una disquetera, puede ser accedido en cualquiera de las dos- caras por la correspondiente cabeza, pero una sola cara será leída o escrita por vez. Mientras no se dé una orden de escritura o lectura, el disquete no gira, y las cabezas no tocan sus caras. Si tal orden ocurre, luego de una espera de casi medio segundo, para que tome velocidad, el disco gira (a razón de 300 r.p.m. en el interior del "sobre" protector, con la consiguiente elevación de temperatura). Sólo gira mientras lee o escribe, rozando entonces cada cabeza la pista accedida. Esto, sumado a las partículas de polvo siempre presentes, hace que la vida útil de un disco flexible común sea corta en comparación con la de un disco rígido. La flexibilidad de un disquete ayuda a que no sea afectado cuando las cabezas tocan sus caras. Se estima que la información almacenada en un disquete puede mantenerse con seguridad en el mismo durante 3 ó 4 años, siendo conveniente re-escribirla una vez por año, pues la magnetización de las pistas se va debilitando con el tiempo.

Un disquete no debe exponerse al calor, campos magnéticos (de transformadores, fotocopiadoras, teléfono, monitor), ni ser doblado. Las etiquetas deben escribirse antes de ser adheridas.

El disquete de 3 ½ pulgadas, está dentro de un sobre de plástico rígido que lo protege del polvo, humo, etc. Este en su parte superior tiene un obturador de protección con resorte, que dentro de la disquetera de 3 ½" se abre, para que las dos cabezas accedan al disco flexible.

La protección contra escritura indebida se realiza con otro obturador de dos posiciones, deslizable por el usuario según indican dos flechas que vienen dibujadas en el plástico. Si el pequeño agujero cuadrado está abierto, el disquete está protegido; si se lo ve cerrado, el disquete podrá escribirse. En ambos casos siempre podrá leerse.

 La unidad de diskettes o diskettera cumple las siguientes funciones:

Floptical

El floptical es un disquete flexible magnético, que se graba y lee de la forma vista. La particularidad de un floptical es que usa láser y óptica auxiliar para posicionar el cabezal sobre cada pista. Esta sofisticación es necesaria a los fines de poder operar con una densidad radial de 1245 t.p.i (pistas por pulgada) contra 135 t.p.i de los disquetes comunes de 1,44 MB, para que un floptical pueda guardar 21 MB. Asimismo, un floptical se lee y escribe unas tres veces más rápido que un disquete común (floppy).

Por otra parte, una unidad para floptical también puede leer o escribir disquetes comunes, dado que cada cabeza presenta dos entrehierros: uno muy estrecho para disquetes floptical, y otro más ancho para floppys.

Unidad y diskette ZIP

Las unidades ZIP (Zip Dlrive), por las capacidades de sus disquetes, por su confiabilidad, y por su velocidad de transferencia están a mitad de camino entre las unidades de disquete y las de disco duro, aunque más próximas a esta última. Así, su velocidad de giro es del orden de 3000 r.p.m, lo cual redunda en una mayor velocidad de transferencia.

El gabinete del ZIP drive es externo al gabinete de la computadora.

La conexión del ZIP drive generalmente se hace en el port paralelo que usa la impresora, debiéndose desconectar ésta de dicho port, y volverla a conectar al gabinete del ZIP drive en un conector preparado. Los disquetes para ZIP drive son flexibles, y pueden almacenar en sus dos caras magnetizables 100/200 MB, empleándose comúnmente para back-up del disco rígido. Las cabezas de escritura/lectura están en contacto con las superficies de ambas caras, siendo más pequeñas en tamaño que las usadas en una disquetera, lo cual permite grabar y sensar con densidades de grabación mayores.

Discos ópticos

Es un disco sobre el que se lee y escribe con luz. En esta categoría se incluye los CD-ROMs, que son grabados en el momento de su fabricación y no pueden ser borrados. Los Worms(Write Once Read Many) que son grabados en el entorno del usuario y tampoco pueden ser borrados. Y los borrables, que son aquellos que pueden ser reescritos una y otra vez, para esto se utiliza la tecnología Magneto Óptica(MO) y cambio de fase.

CD-ROM
Estos discos se basan en la misma tecnología que se utiliza en los CDs de audio, y fue la primera que se desarrollo. Este medio de almacenamiento tiene la desventaja de que no es posible reescribir en ellos, esto lo hace un medio ideal para distribuir software. Estos discos pueden producirse en masa, a muy bajo costo y con una maquinaria totalmente automatizada.

Los CD-ROMs se elaboran utilizando un láser de alto poder para formar agujeros en un disco maestro, luego se hace un molde que se usa para imprimir copias en discos plásticos. Luego se aplica en la superficie una delgada capa de aluminio, seguida de otra de plástico transparente para protección.

Los CD-ROMs se leen mediante un detector que mide la energía reflejada de la superficie al apuntar a esta un láser de bajo poder. Los agujeros, que se denominan huecos (pits), y las áreas sin laserizar entre estos, que se denominan zonas planas (lands), producen una diferente reflectividad del haz de láser, lo que hace posible distinguir entre ambos y recibirdos estados posibles: 0 y 1. Pero no se indica un 0 o un 1 con un land o un pit, sino que un pit indica el cambio de estado, o sea de 0 a 1 o de a 1 a 0, y según la cantidad de lands que haya, el estado se mantiene estable, o sea mientras no se cambie de estado se mantiene una zona de lands. De esta manera, se trata de realizar la mínima cantidad de huecos(pits) posibles en el disco, y así poder escribir más rápidamente.Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a una protección anti-óxido especial, o sea de oro

Los CD-Roms están constituidos por una pista en espiral que presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos(densidad lineal constante),para aprovechar mejor el medio de almacenamiento, y no desperdiciar espacio como sucede en los discos magnéticos. Es por eso que en la lectura y grabación de un CD, a medida que el haz láser se aleja del centro del disco, la velocidad debe disminuir, ya que en el centro el espiral es de menos longitud que en los bordes. Alternando las velocidades se logra que la cantidad de bits leídos por segundo sea constante en cualquier tramo, sea en el centro o en los bordes. SI esta velocidad fuese constante, se leerían menos bits por segundo, si la zona esta más cerca del centro, y más si esta más cerca de los bordes. Todo esto significa que un CD gira a una velocidad angular variable.

Para poder lograr que los CDs tengan igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación, el haz láser emitido por la cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato) genera la espiral a velocidad lineal constante(CLV), esto significa que la cantidad de bits grabados por segundos será constante.

Pero para poder lograr esto, y mantener una densidad lineal constante y la pista en espiral, será necesario que el CD gire a una velocidad angular variable (explicado anteriormente). Por lo tanto, por girar un CD a una velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben y leen la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea la posición del mismo. Mientras que cada vuelta de la espiral contendrá más o menos bits según si este más cerca del centro o del borde.

Uno de los problemas del CD-ROM es que la impresión de discos de aluminio con cubierta plástica no es muy precisa, por lo cual la información digital contiene, por lo general, muchos errores. Existen dos formas para corregir estos errores:

1. La cabeza lectora de la unidad contiene un espejo de precisión manejado por un mecanismo que se utiliza para encontrar errores en la superficie del disco.
2. Los datos se graban utilizando un algoritmo denominado código de corrección de errores de Reed Solomon.

Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral constituida por 270000 marcos conteniendo cada uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar: 527 Mb. La espiral presenta unas 16000 vueltas por pulgada radial(t.p.i). Se debe tener en cuenta que en el espesor de un cabello entran 50 vueltas.

Existen unidades lectoras de CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x,... velocidad simple de una unidad de CD de audio estándar respectivamente.
Si bien los CD-ROM son los CD más usados para almacenar programas y datos, las unidades lectoras de CD actuales también permiten leer información digital de otros tipos de CD basados en la misma tecnología, con vistas a aplicaciones en multimedia, como ser:

CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que escuchamos en un reproductor de CD para audio. Podemos escuchar la música que contiene mientras trabajamos con una PC, o bien mezclarla en usos multimedia.

CD-I son las iniciales de disco compacto interactivo. De tecnología semejante al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a un estándar multimedia propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define métodos para codificar y decodificar datos comprimidos, y para visualizarlos. Almacena 72 minutos de audio digital estéreo ó 19 horas de conversación de calidad en mono, ó 6000 a 1500 imágenes de video - según la calidad deseada- que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Para utilizarse el mismo, se requiere de una plaqueta especial.

CD-ROM XA (de extended Architecture): es un estándar para sonido e imagen propuesto por Phillips, Sony y Microsoft, extensión de las estructuras de un CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de sonido en un CD-ROM por el sistema ADPCM, también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM XA sea un puente entre el CD-ROM y el CD-I.

DVI es un tipo de CD ROM que integra video, televisión, gráficos con animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales.

Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.

WORMs (Write Once Read Many) son discos ópticos en los que, como el nombre lo indica, se puede escribir una sola vez, y acceder a los datos tantas veces como se quiera. Estos aparecieron ya que este dispositivo permite al usuario escribir el mismo en el disco. Sin embargo, una vez que se ha laserizado un hueco en la superficie, este ya no puede borrarse. Los discos que utilizan la tecnología Worm más conocidos en el mercado son los CD-R.

CD-R (Compact Disc Recordable), llamados anteriormente CD-WO(Write Once).

El proceso de grabación se realiza de la siguiente manera: el CD contiene una espiral, parcialmente pregrabada de fabrica que contiene las direcciones de los marcos, que sirve de guía para el láser. Este espiral posee una capa orgánica(un pigmento) translúcida que cuando el haz incide en una posición, esta se calienta decolorando el pigmento. Encima de esta capa se encuentra una capa de oro que sirve para reflejar el haz láser en cada lectura.

En la lectura, la capa orgánica deja pasar el haz láser hacia la capa de oro, o sea la capa reflectora, reflejándose de forma distinta según el haz haya atravesado un punto decolorado o no, simulando de esta manera en la lectura pits para las zonas decoloradas, y lands para las zonas donde no incidió el láser. Esto sucede ya que las zonas decoloradas producen una reflexión similar a la de un pit, y lo mismo con la de una zona sin decolorar con un land. Es por esto que CD-R ya grabado se lee como un CD-ROM .

Un CD-R no es necesariamente grabado en una sola sesión, se puede grabar en varios momentos como archivos que se quiere incorporar, hasta llegar a los 650 Mb(llamamos sesión a cada momento que se graba una determinada cantidad de archivos en un CD-R).

Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer sesión.

Discos Magnético ópticos

Estos discos aparecieron en el mercado en el año 1996, llamados MO(magneto- ópticos)con la posibilidad de escribir y borrar en ellos tantas veces como sea necesario, debido a que apareció la necesidad de poder actualizar el software sin la necesidad de tirar los discos.

Estos discos están formados por una fina capa de material magnetizable y reflectante, protegido entre 2 capas de material de plástico transparente. El material magnetizable tiene la función de almacenar la información en pistas concéntricas, a diferencia de los ópticos que se graban en espiral. Por esto, estos discos se leen y graban a una velocidad angular constante, similar a los discos magnéticos. Esto significa que siempre que se lee la misma cantidad de sectores por segundo, y de esta manera la cantidad de bits leídos por segundo siempre es la misma.

Método de escritura:
La escritura termomagnètica involucra el uso de un haz de láser que modifica la temperatura de Curie de la película magnética. La temperatura de Curie de un material magnético es la temperatura a la cual el material pierde su campo magnético coercitivo. Esto sucede entre los 150 y 200 ºC para la mayoría de las películas magnéticas usadas. Cuando esto ocurre, el material pierde toda memoria de su magnetización anterior y puede adquirir una nueva magnetización si se lo enfría en presencia de un campo magnético externo.

La grabación se realiza invirtiendo un dominio magnético para indicar un uno y dejándolo igual para marcar un cero. Para poder hacer esto, se necesita inicializar todos los dominios en cero. Esto significa que para grabar datos, es necesaria una pasada de borrado que debe ser realizada antes de la escritura para inicializar los dominios.

Lectura:
Para leer los datos almacenados en un disco magneto óptico se debe interpretar el cambio en la reflexión de la luz reflejada en un haz reflejado. Este fenómeno físico en el cual se basa la tecnología de los discos magneto óptico regrabables, es conocido como el efecto Kerr. Este se manifiesta en un cambio en el estado de la polarización de la luz mediante la interacción con un medio magnetizado.

Tecnología de cambio de fase:
Esta tecnología, que es la utilizada por los CD ópticos re-escribibles llamados CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), se basa en la propiedad que posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio o antimonio), de cambiar del estado amorfo (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura transición" (100 ºC ó más); y de volver de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de fusión" y se deja enfriar. Para escribir un uno en un punto de una pista del disco, un láser con baja potencia lo calienta rápidamente hasta la temperatura de transición. Si el estado físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya está en este estado, quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto hasta la temperatura de fusión, usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al estado amorfo, y si estaba en ese estado volverá al mismo.

La lectura de las pistas así grabadas se realiza con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad, los cambios de un estado físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo el 18%.
Se debe aclarar que esta tecnología es puramente óptica, sin magnetismo, requiriéndose una sola pasada para escribir, a diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego escribir los unos.

Discos y Unidades PD

Los discos PD (Phase change/Dual) se basan en la tecnología de cambio de fase tratada, pero las pistas generadas son concéntricas, como en los discos magnéticos (en los CD-WR se tiene una sola pista en espiral) Las unidades PD también pueden leer discos con espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW), de donde proviene la denominación "dual". Por tal motivo aparecen con la denominación PD/CD-ROM

DVD-ROM

Los DVD-ROM (Digital Versatil Disk) de "simple capa" tienen el mismo tamaño que un CD-ROM de 680 MB, y se basan en la misma tecnología de grabación y lectura que éstos, pero pueden almacenar 4,7 GB de datos (7 veces más), video o audio. Típicamente pueden transferir unos 1,3 MB/seg para computación (como un CDx1O). Esto se ha logrado:

• Disminuyendo a la mitad la longitud de los "pits" en relación a un CD-ROM
• Llevando al doble que un CD-ROM el número de vueltas por pulgada radial de la espiral(un CD-ROM presenta 16000 vueltas por pulgada radial).
• Usando un haz láser de color azul, de menor longitud de onda que el rojo, a- fin de poder sensar "pits" de menor longitud.

El DVD estándar que se comercializará en el mercado es fruto del acuerdo entre Phillips - Sony y Toshiba. Este DVD puede almacenar 2 hs de video de calidad, con títulos y sonido. Asimismo, los 4,7 GB permiten guardar 135 minutos de films (duración típica de una película de cine) en reemplazo de una cinta de video.

Los DVD-ROM de "doble capa" presentan una capa semi-transparente reflectiva con oro (que puede guardar 3,8 GB), la cual se encuentra debajo de la capa reflectora (4,7 GB) metalizada con plata. Sumando ambas capacidades resultan en total 8,5 GB.

Para leer la capa semi-transparente el haz láser es enfocado en ella con baja potencia, mientras que la lectura de la capa reflectiva se realiza enfocando en ésta el haz, ahora con mayor potencia, para que atraviese la capa semi-transparente al incidir, y cuando se refleja.

También se están fabricando DVD-ROM de "simple capa" y "doble cara", para ser leídos en ambas caras, con lo cual se logra 4,7 GB x 2 = 9,4 GB; y DVD-ROM de "doble capa" y "doble cara", de 8,5 x 2 = 17 GB. Estos CD están muy expuestos a las rayaduras, por ser más finas las capas protectoras transparentes.

DVD-RAM
Un DVD-RAM es análogo a un CD-RW re-escribible antes descripto, pero tiene mayor capacidad, merced al empleo de un láser de menor longitud de onda que los usados.
Debido a las limitaciones de fabricación masiva de láseres azules de potencia de corta longitud de onda, la capacidad de los DVD-RAM es de 2,6 GB frente a los 4,7 GB de los DVD-ROM.
Potencialmente, los DVD-RAM pueden ser competidores de las cintas magnéticas para "backups" si el costo por byte almacenado lo justifica.

Sintetizando
Las tecnologías de grabación (escritura) descriptas son:

• por moldeado durante la fabricación, mediante un molde de níquel (CD-ROM y DVD ROM),
• por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),
• por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético (discos magneto-ópticos - MO).
• Son aplicaciones comunes de los discos ópticos: las bases de datos en CD ROM para bibliotecas de datos invariables (enciclopedias, distribución de software, manuales de software, demos, etc.), y para servidores de archivos en una red local, así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para backups, y las bibliotecas de Imágenes.

Algunas características importantes de los discos ópticos:

• Son medios removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en pequeños espacios.
• Son portables (removibles de la unidad) y seguros en la conservación de datos.
• Tienen bajo costo por byte almacenado.
• Los CD-ROM se producen masivamente
• Los CD son más seguros en la conservación de datos que los discos magnéticos debido a que la capa que los almacena es inmune los campos magnéticos caseros, y están protegidos de la corrosión ambiental, etc.

Existen 3 tipos de discos ópticos o magnetos ópticos que se utilizan en la informática:

1. Grabado masivamente por el fabricante, para ser sólo leídos: como lo son el CD ROM (Disco compacto de sólo lectura) y el DVD ROM (Digital Versatil Disc de sólo lectura). En éstos, a partir de un disco "maestro" grabado con luz láser, se realizan múltiples copias obtenidas por inyección de material (sin usar láser). Se obtienen así discos con una fina capa de aluminio reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-. Dicha capa guarda en una cara unos y ceros con huecos discontinuos( o sea formando pits y lands) , que forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con luz láser por la unidad de CD del usuario.
2. Gravable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable) o WORM.
   En la escritura, el haz láser sigue una pista en espiral pre-construida en una capa de pigmento. Donde el haz incide, su calor decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura, esta capa deja pasar el haz láser hacia la capa reflectora dorada que está más arriba, reflejándose de forma distinta según que el haz haya atravesado un punto decolorado o no, detectándose así unos y ceros. Ambas capas están protegidas por dos capas transparentes. Una vez escrito, un CD-R puede leerse como un CD-ROM.

3. Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación magneto-óptico (MO), la luz láser calienta puntos (que serán unos) de una capa -previamente magnetizada uniformemente- para que pierdan su magnetismo original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un campo magnético aplicado produce sólo en dichos puntos una magnetización contraria a la originaria (para así grabar unos).
Estas diferencias puntuales de magnetización son detectadas en la lectura por la luz láser (con menos potencia), dado que provocan distinta polarización de la luz láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos re-escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), con escritura "por cambio de fase" (de cristalina a amorfa o viceversa) de los puntos de la capa del disco que guarda los datos. Se trata de una tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que requiere una sola pasada para escribir una porción o la pista en espiral completa. En la tecnología PD (Phase change/Dual) que también es por cambio de fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual" indica que la unidad también puede leer CD con pistas en espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).

Páginas Web consultadas:

www.monografias.com

www.lafacu.com