El Viaje de un Byte

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El Viaje de un Byte
write(file, c, 1)
Objetivos
Entender la estructura física de los HDD.
Entender operaciones de I/O en HDD.
Calcular tiempos de Acceso a datos en HDD.
Paso 1
El programa solicita al OS que escriba el contenido de la variable c a la siguiente posición de file
Programa
Sistema Operativo (OS)
Paso 2
El OS delega el trabajo al “File Manager”
Programa
(OS)
File Manager
El File Manager
Módulo del OS
Trabaja en diferentes capas de lo más lógico a lo más físico
Es quién asigna los handles (File Descriptor) de los archivos
Es quién determina la posición física en el disco
Paso 3
El “File Manager” busca file en la tabla que contiene información al respecto, verifica que ese archivo esté abierto y que este listo para ser usado, verifica además los permisos del archivo, y cuál es el archivo físico al que file corresponde
Paso 4
El “File Manager” busca en la tabla (FAT, NTFS, inode…) la ubicación física del sector que va contener el byte
Paso 5
El “File Manager” se asegura que el último sector en el archivo esté almacenado en el Búffer de IO en memoria, luego deposita el byte en la posición adecuada del búffer.
El IO Buffer
Sección de la memoria administrada por el OS
Permite la escritura y lectura por bloques
Garantiza que los datos en memoria sean imagen de cómo quedarán en disco
Sirve para diferir las operaciones RW
Paso 6
El “File Manager” le da instrucción al IO Processor dónde está ubicado ese byte en memoria y dónde debe ser enviado en disco
El IO Processor
Microcontrolador para procesar operaciones de IO
Sirve para no sobrecargar el CPU
Toma sus órdenes del OS, pero es capaz de hacer trabajo independiente  descargando al OS/CPU de esta obligación
Este se comunica con el controlador de disco
Paso 7
El IO Processor determina cuándo el disco está listo para recibir datos y coloca los datos en el formato adecuado para el disco, podría utilizar técnicas de buffering para enviar la data*
Paso 8
El IO Processor envía los datos al controlador de disco
Paso 9
El controlador de disco da instrucciones al disco para que mueva la cabeza de RW a la pista apropiada, espera a que el sector apropiado esté bajo la cabeza, y envía el byte para ser depositado, bit por bit, sobre la superficie del disco.
Programa
OS
File Manager
Disk Controller
Discos Duros
Es un dispositivo de almacenamiento no volatil
Sistema de grabación magnética digital
En este tipo de disco se encuentra dentro de la carcasa, serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad
Partes del HDD
Plato
Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. 
Los discos están unidos a un eje y un motor que los hace guiar a una velocidad constante entre las 7200 y 1540 RPM. 
Convencionalmente los discos duros están compuestos por varios platos, Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almacenamiento de datos.
Partes del HDD
EL EJE 
Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.
Partes del HDD
 LAS CABEZAS (Heads) 
Están ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este esta girando a toda velocidad, flotan sobre un cojín de aire extremadamente delgado. Esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las cabezas o el medio.
Partes del HDD
 PISTAS (tracks) 
Un disco esta dividido en delgados círculos concéntricos llamados pistas. Las cabezas se mueven entre la pista más externa ó pista cero a la mas interna. Es la trayectoria circular trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza de lectura / escritura.
Partes del HDD
Cilindro 
El par de pistas en lados opuestos del disco se llama cilindro. 
Normalmente tienen una cabeza a cada lado del disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin moverlo. Es una pila tridimensional de pistas verticales de los múltiples platos. 
El número de cilindros de un disco corresponde al número de posiciones diferentes en las cuales las cabezas de lectura/escritura pueden moverse.
Partes del HDD
Sector - SECTORES (sectors) 
Un byte es la unidad útil más pequeña en términos de memoria. Almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría usan sectores de 512 bytes. 
La controladora determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado. Algunos modelos le permiten especificar el tamaño de un sector. Cada pista del disco esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen mas sectores.
Tiempos de Discos Duros
Tenemos un disco que da 15400 vueltas cada 2 minutos y tarda en ir de la pista más cercana al eje a la más alejada y volver 15 milisegundos.
Se pide:
a) RPM del disco			= 7.7k
b) Latencia media		=7.8 msec
c) Tiempo medio de búsqueda	= ((15 msec/2)/2) 	3.75 msec 
d) Tiempo medio de acceso
Tiempos de Discos Duros
Tiempo medio de búsqueda. 
Es el tiempo medio que tarda la cabeza en colocarse sobre la pista seleccionada. Sería la mitad del tiempo empleado en ir de la pista más alejada al eje a la más cercana al eje.
Latencia media. 
Es el tiempo medio que tarda la cabeza en situarse en el sector seleccionado dentro de una pista.
Tiempo medio de acceso. 
Es la suma de los dos tiempos anteriores. El tiempo medio que tarda la cabeza en situarse una pista y sector determinado.
Velocidad de rotación. 
Revoluciones por minuto (RPM) 
Tasa de transferencia. 
Velocidad a la que se transfiere la información. La tasa de transferencia depende de la velocidad de lectura y escritura del disco. 
Ejercicio
Ejercicio
File Size:	8704KB
Record Size:	256B
Cantidad de Sectores:			
Records x Sector:		
Tamaño de la Pista:			
Sectors x Pista:		
Cantidad de Pistas x Archivo:	
Total Access Time (Sequential):	
Total Access Time (Random):
		
Ejercicio
File Size:	8704KB = 8 704 000 B
Record Size:	256B
Cantidad de Sectores:		Aprox 1.4 M
Records x Sector:		2 Records
Tamaño de la Pista:		(170 x 512) 87040 B	
Sectors x Pista:		170
Cantidad de Pistas x Archivo:	 8 704 000 B / 87040 B = 100 Track
Total Access Time (Sequential):	
			AVG Seek Time + Rotational Delay + Transfer Rate
			Seek Time AVG	= 8 msec
			Rotational Delay AVG 	= 3 msec
			Transfer Rate 	= 6 msec x track 
					= 1.7 Seconds
Total Access Time (Random):
			AVG Seek Time + Rotational Delay + Transfer Rate
			Seek Time AVG	= 8 msec
			Rotational Delay AVG 	= 3 msec
			Transfer Rate 	= 14506 b x msec
			Transfer Rate x Sector 	= 0.035 msec (512 b x sector / 14506 b x msec)
			TAT x Sector	= 11.035 msec
Ejercicio
File Size:	8704KB = 8 704 000 B
Record Size:	256B
Cantidad de Sectores:		Aprox 1.4 M
Records x Sector:		2 Records
Tamaño de la Pista:		(170 x 512) 87040 B	
Sectors x Pista:		170
Cantidad de Pistas x Archivo:	 8 704 000 B / 87040 B = 100 Track
Total Access Time (Random):
			AVG Seek Time + Rotational Delay + Transfer Rate
			Seek Time AVG	= 8 msec
			Rotational Delay AVG 	= 3 msec
			Transfer Rate 	= 14506 b x msec
			Transfer Rate x Sector 	= 0.035 msec (512 b x sector / 14506 b x msec)
			TAT x Sector		= 11.035 msec
			Sector x File		= 17000 Sectors
			(TAT x Sector) x (Sectors x File) 	= 11.035 x 17000
						= 187595 msec
Disco 1:
Rotational Speed: 7200 rpm
Average Seek Time: 8.5 ms(lectura) / 9.5 ms(escritura)
Transfer Rate: 6 Gb/s
Sectores 4 kB
Sectors x Track 215
Lectura de Archivo de 100MB en un solo extent
Lectura de Archivo de 100MB completamente regado
Disco 1:
Rotational Speed: 7200 rpm
Average Seek Time: 8.5 ms(lectura) / 9.5 ms(escritura)
Transfer Rate: 6 Gb/s
Sectores 4 kB
Sectors x Track 215
Lectura de Archivode 1.28GB en tres extents 30%, 25%, 45%