Revista Ciencias

DISPOSITIVOS DE ALAMCENAMIENTO DE INFORMACION

El primer paso para entender cómo una computadora almacena información es saber cuál es la diferencia entre un bit y un byte. Los bytes estén compuestos por 8 bits y un bit es la unidad más pequeña de almacenamiento de información. Un bit puede estar representado por 1 o 0.

Un 1 o un 0 no contienen mucha información y por esta razón los bits están agrupados en los conjuntos llamados bytes. Para representar datos de tipo cáracter o número se necesita por lo menos un byte.

Las tres unidades que comúnmente se usan para referirse al almacenamiento de información son K, M y G. La K (kilobyte) equivale a 1024 bytes; la M (megabyte) es equivalente a K de Ks, es decir, a 1048576 bytes. Un gigabyte, representado por G equivale a K de Ms o a 1073741844 bytes.    

Existen dos dispositivos para almacenamiento de información: el electrónico y el magnético —llamado también almacenamiento secundario. El almacenamiento electrónico o memoria RAM (random access memory) es un dispositivo que se utiliza para almacenar las instrucciones en la máquina, que le indiquen qué hacer y qué ha hecho. Por ejemplo, antes de poder usar un procesador de textos, primero se tiene que cargar el programa en memoria RAM —en un área llamada área de almacenamiento temporal de programas. Cuando el usuario utiliza un procesador de textos, la memoria RAM retiene las palabras en un área de datos designada por el programa.           

Las superficies de los discos están cubiertas por una película muy delgada de moléculas de óxido de fierro en donde se almacena magnéticamente la información. Estas moléculas exhiben polaridad, lo que significa que tienen pequeños polos magnéticos. En un disco sin uso, estas moléculas polarizadas están dispersas al azar en la superficie del medio, de manera que sus campos magnéticos individuales se cancelan. Sin embargo, al ejercer una fuerza magnética muy fuerte es posible alinear los polos de los conjuntos de moléculas de manera que se cree un campo magnético. Cuando se ha ordenado un conjunto de moléculas de esta manera se puede representar un bit de información en la superficie. La acción de lectura y escritura de las cabezas de la unidad de disco alinea las conjuntos de moléculas.

Cuando las datos se graban de esta manera, se pueden leer posteriormente al pasar la superficie del medio de almacenamiento bajo las cabezas lectoras de la unidad de disco, las cuales detectan los campos magnéticos de las moléculas alineadas.

Una vez que un byte de información se graba en el disco, la unidad de disco debe contar con algún método para recuperar ese byte. Si la superficie del disco fuera uniforme sería imposible localizar un dato; por eso, las computadoras utilizan un esquema de direccionamiento de la información para almacenar y recuperar datos. Este proceso se vale de incorporar una serie de marcadores magnéticos en la superficie del disco. Estas marcas constituyen el formato del disco.     

El medio de almacenamiento magnético se puede dañar. El polvo, las huellas de los dedos, las raspaduras y la exposición a campos electromagnéticos pueden causar que los datos desaparezcan. Por ejemplo, un teléfono constituye una fuente de la que emana radiación electromagnética por lo que se aconseja no dejar los discos cerca de estos aparatos. 

ESTRUCTURA FISICA DE UN “FOLPPY”    

Las microcomputadoras PC¹ almacenan información en tres tipos de dispositivos: en cintas de cassette, en floppies (llamados también discos blandos) o en discos duros.** Estos dispositivos de almacenamiento presentan diferentes capacidades pero operan con el mismo principio, es decir, codifican magnéticamente la información en las superficies, en patrones determinados por el dispositivo mismo y por el tipo de software.     

Cuando se introdujeron las PC, el dispositivo de almacenamiento que usaban era un floppy disk de 5 1/4 pulgadas, de doble densidad, de un lado y con una capacidad de almacenamiento de 160K. Desde entonces, la capacidad de almacenamiento ha aumentado y en la actualidad, en el mercado, hay discos duros con capacidad de almacenamiento de centenares de megabytes.

La información se graba en la superficie del disco en círculos concéntricos llamados tracks o pistas. Cada pista, a su vez, se divide en segmentos llamados sectores (ver figura 1).

En cualquier tipo de disco, la localización de las pistas y el número de lados está determinada por las características de los discos y las unidades de disco, y por lo tanto, es fija. Sin embargo, la localización, el tamaño y el número de sectores de cada pista se encuentran bajo el control del software.

Por ejemplo, cuando se formatea un diskette de 5 1/4”, el sistema operativo establece 40 pistas de 9 sectores de 512 bytes, cada uno, con una capacidad total de almacenamiento de 368640 bytes.    

FORMATEOS DEL DOS

Los formatos generados por el DOS² se encuentran en el cuadro 1. El tipo de formato está dado por el número de lados y por el número de sectores por track.    

Las expansiones del formato están ligadas al desarrollo del sistema operativo. La versión original del sistema operativo DOS 1.0 trabaja con diskettes S-8, la versión 1.10, de aparición posterior introdujo el uso del diskette D-8 y la versión 2.00 introdujo el formato S-9 y D-9. Desde entonces, han desfilado las versiones 3.0, 3.1, 3.2, 3.3 y 4.0 del DOS.  

ESTRUCTURA LOGICA

Existen dos tipos de formato: el formato físico y el formato lógico. Mientras que el formato físico de un disco determina el tamaño de los sectores en bytes, el número de sectores por pista y el número de lados, el formato lógico determina la organización de la información en el disco. Cuando se formatea un disco con el sistema operativo, se establece tanto el formato físico como el lógico. Sin importar que marca de disco usemos, los discos son formateados lógicamente, por el DOS de la misma manera; es decir, los lados, pistas y sectores son identificados numéricamente utilizando la misma notación y ciertos sectores se reservan para ciertos programas especiales que el DOS utiliza para manejar el disco. Entonces cuando se formatea un diskette en una computadora que no es compatible con una PC, la unidad de disco no reconoce la división en pistas y sectores.      

El diskette convencional de 5 1/4 pulgadas presenta 40 pistas numeradas desde la 9 (pista exterior) hasta la pista 39 (pista interior, la más cercana al centro del disco). Si se trata de un disco de dos lados, estos lados son referidos como 0 y 1. El DOS localiza la información por número de sector, y enumera los sectores secuencialmente de afuera hacia adentro. En el caso de un diskette de doble densidad, después del sector 9 del lado 0 y track 1 le sigue el primer sector del lado 1 y track 0.    

ORGANIZACIÓN DEL DISCO POR EL DOS. DISPOSICION DEL ESPACIO

No todo el espacio se utiliza para almacenar datos, ya que cierto espacio se reserva para almacenar sistemas de control de información e índices que el DOS utiliza para localizar y relacionar sectores individuales. Durante el proceso de formateo, el disco es dividido en cuatro secciones, para cuatro diferentes usos. Las secciones, en el orden en que son almacenadas son el boot record, el fat, el directorio y el espacio para almacenamiento de archivos. El tamaño de cada sección varía ya que depende del tipo de formato, pero la estructura y el orden de las secciones son los mismos.    

EL BOOT RECORD

El boot record consiste principalmente en un programa corto en lenguaje de máquina que empieza el proceso de cargar en memoria al sistema operativo directamente del diskette. Primero, el programa verifica si el disco está formateado con sistema operativo, es decir, si contiene dos archivos ocultos IBMBIO.COM e IBMDOS.COM, llamados también IO.SYS y MSDOS.SYS. El boot record siempre está alojado en el sector 1 del track 0, en el lado 0.

FAT (file allocation table o tabla de disposición de archivos).   

El fat se encuentra enseguida del boot record y generalmente comienza en el sector 2 del track 0 y el lado 0 de un diskette. El fat sirve para mantener el registro de la utilización del espacio. Como el fat controla toda el área de almacenamiento se crean dos copias idénticas, en caso de que una resulte dañada. El programa chkdsk, cuya función consiste en verificar los errores del fat y del directorio, no manda mensaje de error si alguna de las copias del fat se daña.   

EL DIRECTORIO

El directorio es una tabla de contenidos y su función consiste en almacenar la información básica de los archivos como nombre, tamaño, entrada del fat, fecha y hora a la que fue creado o modificado por última vez y otros atributos especiales, además de asignar a cada archivo un número que funciona como identificador, llamado también entrada. Una parte de esta entrada es un dígito que apunta hacia el primer grupo de sectores que utiliza el archivo; este número constituye también la primera entrada del archivo en el fat.

El tamaño del directorio varía dependiendo del formato del disco. Ocupa cuatro sectores en diskettes de un solo lado y siete en diskettes de dos lados y no contienen la localización exacta de los clusters individuales que constituyen un archivo, ya que éstos se encuentran almacenados en el fat.    

En el directorio hay una entrada para cada archivo, para cada subdirectorio y para la etiqueta del volumen. Cada entrada es de 32 bytes de longitud, de manera que un sector en el directorio puede incorporar 16 entradas. Los diskettes de un solo lado con cuatro sectores pueden ocupar hasta 64 entradas, mientras que los diskettes de dos lados pueden ocupar 112 entradas. Los subdirectorios son tratados como si fueran archivos y no existe un número límite de entradas. Cada entrada de 32 bytes está dividida en ocho campos (ver cuadro 2).     

En el campo 1, los primeros ocho bytes de cada entrada del directorio contienen el nombre del archivo. Si el nombre ocupa menos de ocho caracteres, los espacios se llenan con blancos.     

Las entradas del directorio que no se utilizan se marcan con 00 hex. Esto hace posible que el DOS identifique cuando ya no están disponibles las entradas y así se evita la búsqueda hasta el final del directorio. Si el primer byte del campo del nombre del archivo es E5 hex, indica que el archivo ha sido borrado o que la entrada no ha sido utilizada.     

Los archivos no siempre se almacenan uno tras de otro en el disco. Esto sólo pasa cuando el disco no ha sido usado. A medida que se usa el disco y se borran archivos quedan sectores disponibles que pueden ser utilizados por otros archivos. Si se encuentran varios espacios disponibles el DOS fragmentará los archivos en varias partes.

Entonces, el sistema operativo, para saber donde se encuentran los fragmentos que componen a un archivo dispone de la tabla de contenidos que está dividida en la tabla de información del directorio y en la fat. La tabla del directorio, además de proporcionar información sobre el día, la hora y el tamaño del archivo tiene un puntero que señala a una entrada del fat.

Cuando se borra un archivo, solo se modifican dos cosas en el disco: el primer byte del nombre del archivo cambia a E5 hex y se borra la cadena de distribución de espacio del archivo en el fat. Toda la información restante de los archivos se conserva, como el resto del nombre, su tamaño y aún el número de clusters que lo integraban. Si se borra un archivo por equivocación, la información puede ser recuperada con métodos sofisticados siempre y cuando la entrada del directorio no haya sido usada por otro archivo. Cuando se necesita una nueva entrada, el DOS utiliza la primera entrada disponible, reciclando las entradas de archivos borrados y por lo tanto, haciendo imposible su recuperación. Por eso, cuando se borra un archivo por error, es conveniente no hacer cambios para no alterar la información y poder recuperarlo.

ESPACIO PARA ALMACENAMIENTO DE ARCHIVOS

El espacio para almacenamiento de archivos, que ocupa la mayor parte del espacio del disco, se utiliza para almacenar datos o archivos y subdirectorios. Comúnmente, un archivo se almacena en bloques adyacentes de espacio. Sin embargo, cuando se añade información a un archivo ya existente, o cuando un archivo nuevo ocupa el espacio de un archivo borrado, el archivo puede encontrarse en varios bloques y no necesariamente contiguos.     

La fragmentación de archivos retarda el acceso a los archivos y es más difícil recuperar un archivo que hemos borrado por accidente si se encuentra fragmentado, debido a que tenemos que buscar los sectores individuales que lo integraban. Si se quiere saber qué tan fragmentados se encuentran los archivos de un disco se puede utilizar la opción /v del comando chkdsk o también se pueden utilizar algunas utilerías como las Norton Utilities o PCTools para visualizar en pantalla el mapa de un diskette. Si los archivos de un diskette están muy fragmentados, se pueden unir o copiarlos a un diskette sin uso o recién formateado.

Yvonne A. Vargas                                                                              Centro de Informática, Departamento de Biología, Facultad de Ciencias, UNAM.

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