Hasta ahora hemos visto cómo se pueden introducir datos, hacer cálculos con ellos y mostrarlos en pantalla. No obstante, si se fuera la corriente del computa- dor, lo perderíamos todo porque su memoria interna es volátil; esto es, cuando se va la corriente, “olvida” su contenido. En cambio, un DVD no pierde la pelí- cula grabada cuando se apaga el aparato, porque es una tecnología de memoria no volátil.
Para distinguir entre la memoria usada para almacenar programas mientras se ejecutan y esta memoria no volátil, usada para guardar programas entre ejecucio- nes, se utiliza el término memoria principal para la primera y memoria secunda- ria para la última. Las DRAMs predominan como memoria principal desde 1975,
Tanto el hardware como el software están estructurados en niveles jerárquicos, cada uno de los cuales oculta detalles al nivel superior. Mediante este principio de abstracción los diseñadores de hardware y de software pueden enfrentarse a la complejidad de los computado- res. Una interfaz clave entre los niveles de abstracción es la arquitec- tura del repertorio de instrucciones: la interfaz entre el hardware y el software de bajo nivel. Esta interfaz abstracta permite muchas imple- mentaciones de costes y prestaciones diferentes para ejecutar progra- mas idénticos.
...continuación las instrucciones, los registros, el acceso a memoria, la E/S, etc.
Interfaz binaria de apli-
cación (ABI): es la por-
ción del repertorio de instrucciones correspon- diente al usuario más la interfaz del sistema opera- tivo que usan los progra- madores de aplicaciones. Define un estándar para la portabilidad binaria entre computadores.
Implementación:
Hardware que cumple la abstracción de una arquitectura.
IDEA
clave
Memoria volátil: almace-
namiento, tal como la DRAM, que solo guarda los datos si está recibiendo alimentación eléctrica.
Memoria no volátil:
forma de memoria que guarda los datos incluso en ausencia de alimenta- ción eléctrica y que se usa para almacenar los progra- mas entre ejecuciones. Los discos magnéticos son memoria no volátil, mien- tras que la memoria DRAM no lo es.
Memoria primaria (memoria principal):
es la memoria volátil que se usa para almacenar los programas cuando se están ejecutando; típicamente se compone de DRAM en los computadores actuales.
Memoria secundaria:
memoria no volátil usada para almacenar los
22 Capítulo 1 Abstracciones y tecnología de los computadores
pero los discos magnéticos predominan como memoria secundaria desde 1965. La memoria Flash, una memoria semiconductora no volátil, es utilizada en susti- tución de discos móviles en dispositivos tales como teléfonos móviles y está reem- plazando a gran velocidad a los discos en reproductores de música e incluso en portátiles.
Tal como muestra la figura 1.10, un disco duro magnético consiste en una colección de platos que giran a una velocidad de entre 5400 y 15 000 revoluciones por minuto. Los discos de metal están recubiertos de material magnético grabable en ambas caras, similar al material de las cintas de casete o de vídeo. Para leer y escribir información en un disco duro, sobre cada superficie hay un brazo móvil que en su extremo tiene una pequeña bobina electromagnética llamada cabezal de lectura/escritura. El disco entero está sellado permanentemente para controlar el ambiente de su interior y, además, para permitir que a los cabezales del disco estén mucho más cerca de la superficie del disco.
Hoy en día, los diámetros de los discos duros varían aproximadamente en un factor de 3, desde menos de 1 pulgada hasta 3.5 pulgadas, y su tamaño se ha ido reduciendo a lo largo de los años para caber en nuevos aparatos; las estaciones de trabajo servidoras, los computadores personales, los portátiles, los computa- dores de bolsillo y las cámaras digitales han inspirado nuevos formatos de dis- cos. Tradicionalmente, los discos más grandes tienen mejores prestaciones, mientras que los más pequeños tienen un menor coste; sin embargo, el mejor
FIGURA 1.10 Disco donde se muestran 10 platos y los cabezales de escritura/lectura. ...continuación
programas y datos entre ejecuciones; típicamente se compone de discos mag- néticos en los computado- res actuales.
Disco magnético (disco
duro): forma de memoria
secundaria no volátil com- puesta de platos rotato- rios recubiertos con un material de grabación magnético.
Memoria Flash: memo-
ria semiconductora no volátil. Es más barata y más lenta que la DRAM, pero más cara y más rápida que los discos magnéticos.
1.3 Bajo la cubierta 23
coste por gigabyte varía. Aunque la mayoría de los discos duros están dentro del computador (como en la figura 1.7), también pueden estar conectados mediante interfaces externas tales como USB.
El uso de componentes mecánicos hace que el tiempo de acceso de los discos magnéticos sea mucho más lento que el de las DRAMs. Típicamente, el tiempo de acceso de los discos es de unos 5 a 20 milisegundos, mientras que el de las DRAMs está entre los 50 y los 70 nanosegundos, por lo que éstas últimas son unas 100 000 veces más rápidas que los primeros. En contrapartida, el coste por megabyte de los discos es muy inferior al de las DRAMs, ya que los costes de producción de una determinada capacidad en disco son más bajos que para la misma capacidad en circuitos integrados. En 2008, el coste por megabyte de los discos era unas 30 a 100 veces más barato que el de las DRAMs.
Por lo tanto, hay tres diferencias principales entre discos magnéticos y memo- ria principal: los discos son no volátiles porque son magnéticos, tienen un tiempo de acceso más lento porque son mecánicos y son más baratos por megabyte por- que tienen una gran capacidad de almacenaje con un coste moderado.
Ha habido muchos intentos de desarrollar una tecnología más barata que la DRAM y más cara que los discos para llenar el hueco entre ambos, pero la mayoría han fracasado. Los contendientes no fueron nunca capaces de hacer llegar el producto al mercado en el momento adecuado. Cuando un nuevo producto podía estar listo para comercializarse, DRAMs y discos habían continuado su evolución, los costes habían disminuido y el producto rival quedó obsoleto inmediatamente.
Sin embargo, la memoria Flash es un serio competidor. Esta memoria semicon- ductora es no volátil, al igual que los discos, tiene aproximadamente el mismo ancho de banda y la latencia es 100 a 1000 veces más rápida que la del disco. A pesar de que en 2008 el coste por gigabyte de una memoria Flash era de 6 a 10 veces supe- rior al del disco, este tipo de memoria se ha vuelto muy popular en cámaras y repro- ductores de música portátiles porque viene con capacidades mucho menores, es más dura y es más eficiente en cuanto a consumo de potencia que los discos. Al con- trario que en las DRAM y los discos, la memoria Flash se desgasta después de 100 000 a 1 000 000 escrituras. Así, el sistema de ficheros debe llevar cuenta del número de escrituras y debe tener una estrategia para evitar la pérdida de lo almace- nado, como por ejemplo, copiar en otro soporte los datos más importantes. Las memorias Flash se describen con mayor detalle en el capítulo 6.
Aunque los discos duros no son extraíbles (de quita y pon), existen varias tec- nologías de almacenamiento en uso que sí lo son, entre ellas las siguientes:
■ Los discos ópticos, que incluyen tanto discos compactos (CDs) como discos de vídeo digital (DVDs), constituyen la forma más común de almacenamiento extraíble. El disco óptico Blu-Ray (BD) es el heredero natural del DVD. ■ Las tarjetas de memoria extraíbles basadas en memoria FLASH se conectan
mediante una conexión USB (Universal Serial Bus, Bus serie universal) y se usan para transferir archivos.
■ Las cintas magnéticas sólo proporcionan un acceso en serie lento y se han usado para realizar copias de seguridad de discos, pero actualmente esta téc- nica es reemplazada habitualmente por la duplicación de discos.
Gigabyte: tradicional-
mente 1 073 741 824 (230) bytes, aunque algunos sis- temas de almacenamiento secundario y de comunica- ciones lo han redefinido a 1 000 000 000 (109) bytes. De forma similar, un megabyte puede ser 220 o 106 dependiendo del con- texto.
24 Capítulo 1 Abstracciones y tecnología de los computadores
La tecnología de los discos ópticos funciona de una manera totalmente dife- rente a la de los discos duros. En un CD, los datos se graban en forma de espiral, y los bits individuales se graban quemando pequeños hoyos —de aproximada- mente 1 micra (10-6 metros) de diámetro— en la superficie del disco. El disco se lee radiando una luz láser en la superficie del CD y determinando si hay un hoyo o una superficie plana (reflectante) cuando se examina la luz reflejada. Los DVDs usan el mismo método para hacer rebotar un rayo láser sobre una serie de hoyos y superficies planas; pero además, el rayo láser se puede enfocar sobre múltiples capas y el tamaño de cada bit es mucho menor, lo cual incrementa significativa- mente la capacidad. En Blu-Ray se utiliza un láser con longitud de onda más corta que disminuye el tamaño de los bits y, por lo tanto, incrementa la capacidad.
Las grabadoras de CD y DVD de los computadores personales usan un láser para hacer los hoyos en la capa de grabación de la superficie del CD o del DVD. Este proceso de escritura es relativamente lento: desde unos minutos (para un CD completo) hasta cerca de 10 minutos (para un DVD completo). Por ello, para gra- bar cantidades grandes se usa una técnica de planchado diferente, que sólo cuesta unos pocos céntimos por cada CD o DVD.
Los CDs y DVDs regrabables tienen una superficie de grabación diferente, cons- tituida por un material reflectante cristalino; los hoyos se forman de manera que no son reflectantes, al igual que en los CDs o DVDs de una sola escritura. Para borrar un CD o DVD regrabable, la superficie se calienta y enfría lentamente, permitiendo un proceso de templado que devuelve a la capa de grabación su estructura cristalina. Los discos regrabables son más caros que los de una sola escritura; para discos de solo lectura —usados para distribuir software, música o películas— tanto el coste del disco como el de la grabación son mucho menores.