15.6: Memoria con partes móviles- “Drives”

Las primeras formas de almacenamiento digital de datos con partes móviles fueron las de la tarjeta de papel perforada. Joseph Marie Jacquard inventó un telar de tejido en 1780 que siguió automáticamente las instrucciones de tejido establecidas por agujeros cuidadosamente colocados en tarjetas de papel. Esta misma tecnología se adaptó a las computadoras electrónicas en la década de 1950, con las tarjetas leídas mecánicamente (contacto metal a metal a través de los agujeros), neumáticamente (aire soplado a través de los agujeros, la presencia de un agujero detectado por la contrapresión de la boquilla de aire), u ópticamente (luz que brilla a través de los agujeros).

Una mejora con respecto a las tarjetas de papel es la cinta de papel, que todavía se utiliza en algunos entornos industriales (especialmente la industria de máquinas herramienta CNC), donde las demandas de almacenamiento y velocidad de datos son bajas y la robustez es muy valorada. En lugar de papel de fibra de madera, a menudo se usa material mylar, siendo la lectura óptica de la cinta el método más popular.

La cinta magnética (muy similar a la cinta de casete de audio o video) fue la siguiente mejora lógica en los medios de almacenamiento. Todavía se usa ampliamente hoy en día, como un medio para almacenar datos de “respaldo” para archivar y restaurar de emergencia para otros métodos de almacenamiento de datos más rápidos. Al igual que la cinta de papel, la cinta magnética es de acceso secuencial, en lugar de acceso aleatorio. En los primeros sistemas informáticos domésticos, se utilizó cinta de casete de audio regular para almacenar datos en forma modulada, los binarios 1 y 0 representados por diferentes frecuencias (similar a la comunicación de datos FSK). La velocidad de acceso era terriblemente lenta (¡si estuvieras leyendo texto ASCII de la cinta, casi podrías seguir el ritmo de las letras que aparecen en la pantalla de la computadora!) , pero era barato y bastante confiable.

La cinta sufrió la desventaja de ser acceso secuencial. Para abordar este punto débil, se construyeron “unidades” de almacenamiento magnético con medios en forma de disco o tambor. Un motor eléctrico proporcionó movimiento de velocidad constante. Se proporcionó una bobina móvil de lectura/escritura (también conocida como “cabeza”) que podría colocarse a través de servomotores a varias ubicaciones en la altura del tambor o el radio del disco, dando acceso que es casi aleatorio (es posible que aún tenga que esperar a que el tambor o disco rote a la posición adecuada una vez que la lectura /write coil ha llegado a la ubicación correcta).

La forma del disco se prestaba mejor a los medios portátiles, y así nació el disquete. Los disquetes (llamados porque el medio magnético es delgado y flexible) se fabricaron originalmente en formatos de 8 pulgadas de diámetro. Posteriormente, se introdujo la variedad de 5-1/4 pulgadas, la cual se hizo práctica por los avances en la densidad de partículas del medio. Siendo todas las cosas iguales, un disco más grande tiene más espacio sobre el que escribir datos. Sin embargo, la densidad de almacenamiento puede mejorarse haciendo que los pequeños granos de material de óxido de hierro en el sustrato del disco sean más pequeños. Hoy en día, el disquete de 3-1/2 pulgadas es el formato preeminente, con una capacidad de 1.44 Mbytes (2.88 Mbytes en unidades SCSI). Otros formatos de unidades portátiles se están volviendo populares, con los discos “ZIP” de 100 Mbytes y 1 Gbyte “JAZ” de iOmega que aparecen como equipo original en algunas computadoras personales.

Aún así, las unidades de disquete tienen la desventaja de estar expuestas a entornos hostiles, siendo removidos constantemente del mecanismo de la unidad que lee, escribe y hace girar los medios. Los primeros discos eran unidades cerradas, selladas de todo el polvo y otras partículas, y definitivamente no eran portátiles. Mantener los medios en un ambiente cerrado permitió a los ingenieros evitar el polvo por completo, así como los campos magnéticos espurios. Esto, a su vez, permitió un espaciamiento mucho más estrecho entre la cabeza y el material magnético, lo que resultó en un campo magnético mucho más ajustado para escribir datos en el material magnético.

La siguiente fotografía muestra una unidad de disco duro “platter” de aproximadamente 30 Mbytes de capacidad de almacenamiento. Se ha colocado un bolígrafo cerca de la parte inferior del plato para referencia de tamaño:

Las unidades de disco modernas utilizan múltiples discos hechos de material duro (de ahí el nombre, “disco duro”) con múltiples cabezales de lectura/escritura para cada plato. La brecha entre la cabeza y el plato es mucho menor que el diámetro de un cabello humano. Si el entorno herméticamente sellado dentro de una unidad de disco duro está contaminado con aire exterior, el disco duro quedará inutilizado. El polvo se alojará entre las cabezas y los platos, causando daños en la superficie del medio.

Aquí hay un disco duro con cuatro platos, aunque el ángulo del disparo solo permite la visualización del plato superior. Esta unidad se completa con motor de accionamiento, cabezales de lectura/escritura y electrónica asociada. Tiene una capacidad de almacenamiento de 340 Mbytes, y tiene aproximadamente la misma longitud que el bolígrafo mostrado en la fotografía anterior:

Si bien es inevitable que la tecnología de piezas no móviles reemplace a los accionamientos mecánicos en el futuro, los accionamientos electromecánicos actuales de última generación continúan rivalizando con los dispositivos de memoria no volátil de “estado sólido” en densidad de almacenamiento, y a un costo menor. En 1998, se anunció un disco duro de 250 Mbytes que era aproximadamente del tamaño de un cuarto (¡más pequeño que el hub de platos metálicos en el centro de la última fotografía del disco duro)! En cualquier caso, la densidad de almacenamiento y la confiabilidad sin duda seguirán mejorando.

Un incentivo para el avance de la tecnología de almacenamiento de datos digitales fue la llegada de la música codificada digitalmente. Una empresa conjunta entre Sony y Phillips resultó en el lanzamiento del “disco de audio compacto” (CD) al público a finales de los 80, tecnología de solo lectura, siendo el medio un disco de plástico transparente respaldado por una delgada película de aluminio. Los bits binarios se codifican como hoyos en el plástico que varían la longitud de la trayectoria de un rayo láser de baja potencia. Los datos son leídos por el láser de baja potencia (cuyo haz puede enfocarse con mayor precisión que la luz normal) reflejándose en el aluminio a un receptor de fotocélula.

Las ventajas de los CD sobre la cinta magnética son legión. Al ser digital, la información es altamente resistente a la corrupción. Al estar sin contacto en funcionamiento, no se incurre en desgaste por jugar. Al ser ópticos, son inmunes a los campos magnéticos (que pueden corromper fácilmente los datos de la cinta magnética o discos). Es posible comprar unidades de CD “burner” que contienen el láser de alta potencia necesario para escribir en un disco en blanco.

Siguiendo los talones de la industria de la música, la industria del entretenimiento por video ha aprovechado la tecnología de almacenamiento óptico con la introducción del Disco de Video Digital, o DVD. Usando un disco de plástico de tamaño similar al CD de música, un DVD emplea un espacio más cercano de hoyos para lograr una densidad de almacenamiento mucho mayor. Esta mayor densidad permite que los largometrajes se codifiquen en medios DVD, completos con información de trivia sobre la película, notas del director, etc.

Se está dirigiendo mucho esfuerzo hacia el desarrollo de un práctico disco óptico de lectura/escritura (CD-W). Se ha encontrado éxito en el uso de sustancias químicas cuyo color se puede cambiar a través de la exposición a luz láser brillante, luego “leer” por luz de menor intensidad. Estos discos ópticos se identifican inmediatamente por sus superficies de color característico, a diferencia de la parte inferior plateada de un CD estándar.