La interfaz ATA/IDE
Jorge Mor Varela
Índice
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Interfaz IDE
Interfaz ATA
ATA Paralelo (PATA)
ATA Serial (SATA)
Características de la interfaz ATA
ATA RAID
La interfaz ATA/IDE (Jorge Mor Varela)
2
Interfaz IDE
Definición
Historia
Variaciones
La interfaz ATA/IDE (Jorge Mor Varela)
3
¿Qué es la interfaz IDE?
La interfaz IDE nace en 1984 debido a un encargo de Compaq a Western
digital.
Compaq necesitaba integrar la interfaz en el propio disco duro debido a la
falta de espacio en un nuevo modelo de PC, de ahí su nombre: IDE
("Integrated Drive Electronics").
Con la implantación de la interfaz IDE toda la electrónica de control se
concentra en el dispositivo a controlar (el disco duro), con lo que puede
conectarse directamente el disco con el bus del sistema.
En 1986 salen al mercado las primeras unidades IDE.
La realización práctica estaba acompañada de una serie de normas
denominadas AT Attachment (ATA) que establecían las condiciones que
deben seguir los fabricantes de este tipo de unidades.
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Antes de la interfaz IDE
Las interfaces utilizadas antes de la aparición de la IDE eran la ST506
(MFM/RLL), la ESDI ("Enhanced Small Device Interface") y la SCSI (Small
System Computer Interface).
ST506/412: Es la interfaz original desarrollada por Seagate Technology en
1978 para soportar sus discos ST-506 y ST-412; de 5 y 10 MB de capacidad
respectivamente. La electrónica de control esta situada en la tarjeta
adaptadora, que se inserta en un "slot" de la placa base, y se une al disco
mediante dos cables; uno de control y otro de datos.
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Antes de la interfaz IDE
ESDI: Fue desarrollada por Maxtor Corporation en 1983 como una mejora
de la tradicional ST-506/412. La principal novedad es que el sistema de
codificación/decodificación de la señal, está situada en la propia unidad
de disco, lo que permite comunicaciones más rápidas con la controladora
y unidades de más capacidad. Mantiene el mismo sistema de cables que
sus predecesoras, aunque utilizados de otra forma. Fue muy popular,
incluso llegó a ser un estándar ANSI.
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Antes de la interfaz IDE
SCSI: Es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos
dispositivos del bus de la computadora (p.e. el USB emplea un conjunto
de comandos SCSI para algunas operaciones).
Para montar un dispositivo SCSI en un ordenador es necesario que tanto
el dispositivo como la placa madre dispongan de un controlador SCSI.
Actualmente se utiliza principalmente en plataformas profesionales ya q
es mas caro que el interfaz ATA.
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Antes de la interfaz IDE
Con la aparición del IDE, las interfaces ST506 y ESDI quedaron obsoletas
mientras que la SCSI ha evolucionado hasta nuestros días para
convertirse en una interfaz más orientada al sector profesional o a los
equipos servidores.
La interfaz IDE es la mas utilizada en cualquier otro caso debido a su
menor coste.
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La interfaz IDE
El sistema IDE dispone de varios métodos para efectuar el movimiento de
datos, incluyendo la emulación de cualquier formato anterior, e incorpora
un nuevo formato de grabación, denominado de zona múltiple MZR que
consigue mayor densidad de grabación y por tanto mayor capacidad en
los discos.
Además, se implementaron dos sistemas de traducción de los parámetros
físicos de la unidad, el CHS ("Cylinder Head Sector") y el LBA ("Logical
Block Addressing").
La especificación inicial permitía una tasa de transferencia de 4 MB/s.
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La interfaz IDE
Sin embargo, pronto se manifestaron sus carencias:
· Poca capacidad de almacenamiento (528 MB), debido a
limitaciones de la BIOS.
· Escasa capacidad de conexión, ya que solo podían coexistir dos
dispositivos IDE en el sistema
· Velocidad de transferencia de 4 MB/s que pronto se mostró
insuficiente.
De forma que desde su aparición ha sufrido constantes actualizaciones y
mejoras, apareciendo versiones de los diversos fabricantes bajo distintos
nombres. Algunas de ellas son:
EIDE, Ultra-ATA, ATAPI, Fast-ATA, ATA-2, ATA-3, etc.
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Variaciones
Actualmente podemos encontrar cuatro tipos de interfaces IDE, cada uno
de ellos basado en un bus distinto:
· Serial ATA (SATA)
· Parallel ATA (bus de 16 bit AT-bus, también llamado ISA)
· XT IDE (bus ISA de 8 bit (obsoleto))
· MCA IDE (micro canal de 16 bit (obsoleto))
De estos cuatro tipos de interfaces IDE el mejor actualmente es el SATA,
debido a sus altas velocidades de transferencia.
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Interfaz ATA
Definición
Historia
Evolución
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¿IDE != ATA?
El estándar ATA (Adjunto de Tecnología Avanzada) fue definido por el
ANSI en 1994, y se refiere al interfaz asta entonces llamado IDE.
Así pues, IDE y ATA son la misma interfaz.
A pesar del nombre oficial "ATA", este estándar es más conocido por el
término comercial IDE (Electrónica de Unidad Integrada) o IDE Mejorado
(EIDE o E-IDE).
El estándar ATA fue diseñado originalmente para conectar discos duros,
pero posteriormente se desarrolló una extensión llamada ATAPI (Paquete
de Interfaz ATA) que permite interconectar otros periféricos de
almacenamiento en una interfaz ATA.
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Estándares ATA
A partir de la definición del estándar ATA en 1994, esta interfaz sufrió
numerosos cambios a cargo del ANSI que la han llevado a mejorar
diversos aspectos como son:
· Permitir mayor capacidad de almacenamiento.
· Aumentar la velocidad de transferencia.
· Permitir la conexión al bus de otros dispositivos que no fuesen
discos duros.
En todos lo casos las nuevas versiones ATA incluyen a sus predecesoras.
Así pasamos del ATA “sencillo” que permitía transferencias a velocidades
de 8.3 MB/s, al ATA-8 que alcanza velocidades de transferencia de 3 Gb/s.
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ATA-1
Fue publicado en 1988.
Tenia dos modos PIO (protocolo de entrada/salida programada) y una
velocidad de transferencia máxima en paralelo de 8.33 MB/s.
Teóricamente podía gestionar unidades de hasta 136.9 GB, pero este
tamaño máximo era limitado por la bios a 528 MB.
Como en aquel momento no había unidades de disco tan grandes, se
ignoró este problema al que posteriormente hubo que plantar cara.
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ATA-2
Fue publicado en 1996.
Tenia cuatro modos PIO, dos modos DMA y una velocidad de
transferencia máxima en paralelo de 16.67 MB/s.
Sus mejoras mas importantes con relación a la versión anterior son:
· Mayor velocidad en los modos de transferencia PIO y DMA.
· Soporte para gestores de energía.
· Soporte para unidades extraíbles.
· Soporte para PCMCIA (PC card).
· Define los estándar CHS/LBA de traduccion para unidades de
mas de 8.4 GB de capacidad.
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ATA-3
Fue publicado en 1997.
Contaba con el mismo numero de modos PIO y DMA que la ATA-2.
De aquí en adelante todas las nuevas versiones de ATA mantendrán el
numero de modos de PIO y DMA igual.
Los cambios que incorpora son:
· Elimina la palabra simple de 8 bit del protocolo DMA.
· Añade SMART, soporte para analizar la degradación del
rendimiento de una unidad.
· Añade el ATA security mode que permite proteger con una
contraseña el acceso a una unidad.
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ATA-4
Fue publicado en 1998.
Añade dos modos UDMA (Ultra DMA). Además, la velocidad de
transferencia máxima en paralelo se incrementa a 33.33 MB/s, gracias al
UDMA.
Los principales cambios hechos sobre la versión anterior son:
· Añade soporte ATAPI.
· Define un cable opcional para reducir el ruido de 80 hilos.
· Añade soporte para proteger el Host.
· Soporte para CFA (Compact Flash Adapter).
· Incrementa el soporte bios de tamaño de unidad de 136.9 GB
a 9.4 ZB (zettabytes o trillones de gigabytes).
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ATA-5
Fue publicado en 2000.
Mantiene la cantidad de modos PIO y DMA igual, y añade dos modos
UDMA mas. La velocidad de transferencia máxima en paralelo se
incrementa a 66.67 MB/s, debido de nuevo al incremento de modos
UDMA.
Las principales variaciones sobre el ATA-4 son las siguientes:
· El cable de 80 hilos se hace necesario para operar en modo
UDMA/66.
· Se añade detección automática de cables de 40 u 80 hilos.
· Solo se permite la activación de modos superiores al
UDMA/33 si se detecta un cable de 80 hilos.
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ATA-6
Fue publicado en 2002.
Añade un nuevo modo UDMA que posibilita que la velocidad en paralelo
se incremente hasta los 100 MB/s.
ATA-6 destacó por lo siguiente:
· El contador de sector por comando se incrementa de 8 a 16
bit permitiendo que los archivos grandes se transfieran mas
eficientemente.
· El direccionamiento LBA se extiende para dar soporte a
unidades de almacenamiento mas grandes .
· El CHS queda obsoleto, las unidades solo emplean
direccionamiento LBA.
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ATA-7
Fue publicado en 2004.
Añade otro modo UDMA que incrementa la velocidad de transferencia en
paralelo hasta los 133 MB/s. Y da soporte al serial ATA que alcanza una
velocidad de transferencia de 150 MB/s.
Sus aportes a la interfaz son:
· Añade soporte para sectores físicos largos.
· Añade soporte para sectores lógicos largos.
· Incorpora el Serial ATA como parte del estándar ATA-7.
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ATA-8
Ha sido publicado el 16 de septiembre de 2008.
Es una revisión menor del ATA-7 que no introduce grandes cambios,
solamente sustituye algunas funciones, y pequeños detalles.
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ATA Paralelo (PATA)
Conectores y cables
Configuración de unidades
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PATA
La interfaz Parallel ATA se caracteriza por usar un cable compuesto de
varios hilos que le permiten transmitir bloques de información en paralelo.
Actualmente esta cayendo en desuso debido a la aparición de las unidades
Serial ATA que consiguen velocidades de transferencia mayores, aunque se
sigue utilizando para conectar, por ejemplo, unidades CD-ROM.
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Conector PATA
Generalmente es un conector de 40 pines aunque algunas
especificaciones especiales podrían variar esa cantidad de pines (HDD
2.5”).
Suele llevar medidas de seguridad que previenen que no se pueda
conectar incorrectamente, aunque se podrían encontrar cables IDE sin
ellas, en ese caso podría conectarse el cable al revés. El hacerlo no
provocaría daños permanentes en el equipo, sin embargo podría provocar
problemas como que el video del sistema no se iniciase
(Obviamente el dispositivo al que este conectado el IDE no funcionará).
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Conector PATA
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Conector PATA
La disquetera utiliza un conector IDE de 34 pines y normalmente no tiene
marcas que ayuden a su correcta colocación. En caso de introducirlo al
revés, la disquetera estará con el led de lectura encendido continuamente
desde que iniciemos el ordenador.
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Cable de I/O PATA
Existen dos tipos de cables PATA, uno de 40 hilos y otro de 80 hilos.
Actualmente se utiliza el de 80 hilos casi exclusivamente, ya que reduce el
ruido y todas las unidades actuales utilizan los modos Ultra DMA de mas
velocidad que obligan a utilizar este tipo de cable.
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Cable de I/O PATA
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Cable de corriente
El cable de corriente que utilizan las unidades ATA viene con todas las
fuentes de alimentación y se utiliza tanto en discos duros como en
unidades CD-ROM o incluso ventiladores. Es similar al siguiente:
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Configuración dual PATA
Siempre que se quieran conectar dos unidades (o mas) habrá que tener
en cuenta varias configuraciones posibles que se seleccionarán en la
unidad por medio de un jumper.
En caso de tener dos conexiones IDE en la placa, lo mejor sería conectar
cada unidad con un cable IDE y configurarlas como maestro.
Sin embargo, si únicamente tenemos una conexión IDE deberemos
conectar las dos unidades mediante un mismo cable IDE y configurar una
(normalmente la que vaya a contener el SO) como maestro y otra como
esclavo.
En caso de que tanto la unidad como el cable IDE utilizado lo permitan, se
podrá utilizar un tercer modo de configuración llamado Cable Select. Este
modo elige automáticamente si la unidad es esclava o maestra según la
conexión del cable a la que esta conectada la unidad. Habitualmente
maestro será la del extremo y esclavo la del centro.
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Configuración dual PATA
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Modos de transferencia
En las unidades PATA están disponibles tres modos de transferencia. El
primero es el modo de transferencia de entrada/salida programada (PIO),
el segundo el modo de acceso directo a memoria (DMA) y el tercero el de
acceso ultra directo a memoria (UDMA). Dependiendo de la unidad,
admitirá unos modos u otros.
Normalmente, al conectar una unidad al PC, este ya reconoce los modos
soportados por la unidad y la configura para utilizar el mejor modo para
ella en cada caso, pero también se podrá definir el modo de
funcionamiento en la bios del PC.
Obviamente las velocidades mas altas de transmisión se alcanzan con los
modos Ultra-DMA.
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Modos de transferencia
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ATA Serial (SATA)
Tipos de SATA
Conectores y cables
Configuración de unidades
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SATA
La interfaz Serial ATA es la mas utilizada actualmente para conectar HDDs
con la placa. Como su nombre indica las transmisiones de información se
realizan en serie. Tiene muchas ventajas. A destacar, que evita el
problema que había con el ruido en las unidades PATA y que alcanza
velocidades de transmisión de 150 MB/s.
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Tipos de SATA
Actualmente existen unidades que utilizan dos tipos de SATA:
· SATA-150 (SATA I) : 150 MB/s
· SATA-300 (SATA II) : 300 MB/s
Y a principios de 2009 posiblemente aparecerán las primeras unidades
con SATA III que alcanzarán los 600 MB/s de ancho de banda.
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Conectores SATA
Cualquier unidad SATA tiene dos conexiones. La mas pequeña es para el
cable I/O y la mas grande es para el cable de corriente. En algunos casos
puede haber unidades que utilicen como cable de alimentación el blanco
de las PATA, en vez de el negro de las SATA, o incluso puede ocurrir que
tengan las dos conexiones para permitir conectar uno u otro.
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Cable I/O SATA
El cable de entrada/salida SATA utiliza un esquema diferencial de
funcionamiento físico. Para ello utiliza un par de hilos, uno con +0.25V y
otro con -0.25V de forma que la diferencia entre ambos hilos es siempre
0.5V.
Con este esquema se consigue minimizar la radiación electromagnética
provocando que las señales sean mas fáciles de leer.
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Cable de corriente SATA
Este cable no es indispensable ya que se puede convertir tanto de cables
de corriente SATA a los blancos PATA ,como de los PATA a los SATA.
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Configuración de unidades SATA
La configuración de una unidad SATA es muy sencilla debido a que al
tener cada unidad un cable I/O para ella sola no es necesario designar un
maestro o un esclavo.
Lo único que se debe destacar es que hay unidades que permiten
seleccionar si se desea utilizar el modo SATA I o SATA II. Si nuestra placa lo
permite deberíamos seleccionar el modo SATA II por medio de un jumper
igual que hacíamos para seleccionar si una unidad era maestra o esclava.
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Características de la interfaz ATA
Comandos
Seguridad
ATAPI
Limitaciones de capacidad
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Comandos
La especificación ATA añadió numerosos comandos para mejorar el
rendimiento y detección la de los dispositivos. Estos comandos son una
parte opcional de la interfaz, pero muchas unidades de hoy en día los
utilizan.
Algunos de los mas importantes son el identificador de dispositivo y los
de lectura y escritura múltiple.
El comando “identificador de dispositivo” provoca que el dispositivo
transmita un bloque de datos con toda la información acerca de él
(Fabricante, modelo, modos de transferencia, etc).
Los de lectura y escritura múltiple permiten transferencias de múltiples
sectores.
Existen muchos otros comandos que incluyen los propios fabricantes y
que son llamados “comandos únicos de vendedor”.
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Modo seguro ATA
Con la especificación ATA-3 se añadió soporte para una contraseña de
unidad.
Estas contraseñas son muy seguras, por lo que si te olvidas de ellas, no
podrán ser recuperadas y no podrás volver a acceder a la unidad
fácilmente. Existe una de “user” y otra de “master” y se pueden
configurar a través de la bios pero no están presentes en todos los
sistemas.
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Área protegida del Host
El área protegida del host (HPA) es una partición oculta que se utiliza para
guardar información de recuperación del sistema.
La bios define por medio de un comando la “dirección máxima de la
unidad” por lo que el espacio visible por cualquier aplicación es un poco
menor a la capacidad real de la unidad y así reserva este espacio para
posibles operaciones de recuperación.
Solo podrá acceder a este espacio software que este especialmente
diseñado para ello.
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ATA Packet Interface
El “Paquete de Interfaces ATA” es un estándar que provee a la interfaz de
los comandos necesarios para conectar unidades como las CD-ROMs a un
conector IDE ordinario.
La principal ventaja que brinda el ATAPI es que permite conectar estas
unidades en los adaptadores IDE.
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Capacidad máxima de unidad
A lo largo de la existencia del estándar ATA la capacidad de las unidades fue
incrementando rápidamente y se tuvieron que ir introduciendo mejoras al estándar
para que los sistemas pudieran reconocer unidades de capacidad cada vez mayor.
La mayoría de los problemas con la capacidad venían derivados de la limitación de
la bios, que tuvo que sufrir varias modificaciones (3) para poder albergar las
unidades que se manejan hoy en día (las bios podían ser actualizadas en algunos
casos).
El otro gran causante de este problema fue el modo de direccionamiento, que no
permitía direccionar espacios de direcciones tan grandes. En casi todos los casos se
resolvió haciendo una traducción del modo de direccionamiento.
También los sistemas de archivos de los SO tuvieron que evolucionar.
Actualmente se puede considerar que no hay barrera.
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Capacidad máxima de unidad
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ATA RAID
Definición
Tipos
¿Qué se necesita?
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¿Qué es la tecnología RAID?
La tecnología RAID (Redundant Array of Inexpensive/independent Disks)
nace en California en 1987, y permite al usuario formar una unidad de
almacenamiento a partir de varios discos rígidos.
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¿Qué es la tecnología RAID?
La unidad creada (clúster) es altamente tolerante a los errores
(disponibilidad alta) o posee una mayor capacidad/velocidad de escritura.
La distribución de datos en varios discos rígidos proporciona una mayor
seguridad de los datos y servicios asociados más fiables.
Los discos unidos pueden utilizarse de maneras diferentes, denominadas
niveles RAID.
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Niveles RAID
Nivel 0: Denominado configuración en bandas (striping).
Nivel 1: Denominado réplica (mirroring), emulación (shadowing) o
duplicación (duplexing).
Nivel 2: Denominado configuración en bandas con paridad (obsoleto).
Nivel 3: Denominado conjunto de discos con datos entrelazados en bits.
Nivel 4: Denominado conjunto de discos con datos entrelazados en bloques.
Nivel 5: Denominado conjunto de discos con paridad distribuida de
entrelazado de bloques.
Nivel 6: Denominado conjunto de discos con paridad distribuida doble de
entrelazado de bloques.
Cada uno de estos niveles constituye una forma de utilizar el clúster según
el rendimiento, el costo o el acceso a los discos.
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Nivel 0
Configuración en bandas: Consiste en almacenar datos distribuyéndolos en
todas las unidades de clúster. Este nivel no tiene redundancia alguna y por
tanto no tolera errores (mínimo: 2 unidades).
Como cada unidad del clúster posee su propio controlador, esta solución
ofrece una velocidad de transferencia elevada. Pero si falla una de las
unidades, los datos divididos y distribuidos por todas las unidades se
perderán. Además hay q tener en cuenta que el tamaño final equivale al
doble de la capacidad del más pequeño de los dos discos. Por lo tanto se
deben emplear siempre unidades de igual capacidad.
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Nivel 1
Réplica: El objetivo de este nivel es duplicar la información y almacenarla
en varias unidades. Brinda una mayor seguridad de datos, ya que si una de
las unidades falla los datos se guardan en la otra. Asimismo, la lectura de
los datos puede ser mucho más rápida cuando ambos discos están en
funcionamiento (mínimo: 2 unidades).
Dado que cada unidad tiene su propio controlador, el servidor puede
continuar funcionando aún cuando una de las unidades falle.
Un aspecto negativo es que es costoso ya que solo aprovecha la mitad del
espacio.
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Nivel 2
Bandas con paridad: Actualmente está obsoleto, ya que utiliza un código
Hamming para la corrección de errores y en la actualidad, el código
Hamming se encuentra directamente integrado dentro de los controladores
de los discos rígidos.
Esta tecnología consiste en el almacenamiento de datos igual que en el
RAID-0, aunque la escritura de bits de verificación ECC se realiza en una
unidad aparte (normalmente se utilizan 3 unidades ECC para 4 unidades de
datos).
La tecnología RAID 2 ofrece rendimientos mediocres pero un alto nivel de
seguridad.
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Nivel 3
Discos con datos entrelazados en bits: Esta tecnología RAID almacena
datos en bytes en cada unidad y utiliza una de las unidades para almacenar
un bit de paridad (mínimo: 3 unidades).
Si uno de los discos fallara, sería posible reconstituir la información a partir
de las demás unidades. Luego de reconstituir la información, el contenido
de la unidad con fallos volvería a estar completo.
Por otro lado, si dos de las unidades fallaran de forma simultánea, sería
imposible recuperar cualquier dato perdido.
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Nivel 4
Discos con datos entrelazados en bloques: Es muy similar a la de nivel 3. La
diferencia reside en el nivel de paridad. El nivel 4 utiliza striping a nivel de
bloque con un disco de paridad dedicado, mientras que el nivel 3 utiliza
striping a nivel de byte. O sea, que el striping es diferente al del RAID 3
(mínimo: 3 unidades).
Para leer una cantidad reducida de bloques, no es necesario que el sistema
acceda a unidades físicas múltiples, sino solamente a aquéllas en las que
los datos están realmente almacenados.
Por el contrario, la unidad que posee los datos de control debe tener un
tiempo de acceso equivalente a la suma del tiempo de acceso de los demás
discos para no limitar el rendimiento del conjunto.
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¿Qué RAID es mejor?
Depende del objetivo que tengamos.
Si queremos tener los datos seguros frente a desastres, sin duda la RAID de
réplica (RAID-1) o la RAID-6 serian nuestras mejores opciones.
Si por el contrario lo que queremos conseguir es una velocidad de
lectura/escritura alta, la mejor opción seria la RAID-0.
En cualquier caso la mejor solución RAID de todas en general es la RAID-5
ya que ofrece una alta tolerancia a fallos y además tiene un rendimiento
parecido al RAID-0.
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¿Qué se necesita para un RAID?
1º Necesitas al menos dos discos duros.
2º Si tu placa tiene integrado un controlador RAID solo tienes que activar la
opción de funcionamiento en modo RAID en la bios. Si no lo tiene
integrado, existen tarjetas RAID que añaden esa función a tu PC.
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¿Qué se necesita para un RAID?
3º Deberás configurar los discos, según el modo RAID que elijas, por medio
de una aplicación. En el caso de que tu placa tenga integrado el controlador
RAID, seguramente el CD de drivers contendrá el software necesario.
Aparte de este sistema existen otras formas de implementar el RAID como
por medio de una caja externa RAID.
En cualquier caso, se recomienda hacer una copia de seguridad antes de
crear un RAID.
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¿¿¿Preguntas???
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