Almacenamiento de datos

Para lograr entender cómo es que funcionan las computadoras, primero que nada, debemos entender cómo se codifica y almacena la información dentro de ellas, y, por lo tanto, su lenguaje. Las computadoras utilizan el sistema binario, el cual está basado en potencias de dos y representado por ceros y unos (0, que representa el valor de falso; 1, que representa el valor de verdadero), que son conocidos como dígitos binarios llamados bits.

Estos bits pueden ser ordenados en ciertos patrones para representar información (valores numéricos, caracteres del alfabeto, imágenes, etc).

Existen también las operaciones booleanas (OR, AND, XOR, NOT) a través de las cuales se permite manipular (procesar) uno o más valores. Estas operaciones son similares a las operaciones aritméticas de multiplicación y suma, porque combinan un par de valores (datos de entrada) para generar un tercer valor (de salida).

Finalmente, una puerta lógica es un dispositivo que genera la salida de una operación booleana cuando se le proporcionan los valores de entrada de dicha operación. Dentro de las computadoras actuales, las puertas suelen implementarse con pequeños circuitos electrónicos en los que los dígitos 0 y 1 representan niveles de tensión.

Los biestables son circuitos construidos con puertas que pueden almacenar un bit de información a partir del valor de una puerta lógica. Es un circuito que genera un valor de salida igual a 0 o a 1, que permanece constante hasta que un pulso (un cambio temporal a un 1 que luego vuelve a 0) generado por otro circuito hace que el biestable conmute otro valor.

Para realizar las actividades internas de una computadora, debemos tratar con cadenas de bits que pueden llegar a tener una gran longitud (a una cadena larga de bits se le denomina flujo de bits). Por lo tanto, para simplificar la representación de dichos patrones de bits se utiliza la notación hexadecimal. Esta notación utiliza un único símbolo para representar un patrón de cuatro bits. (Ej. Una cadena de 12 bits se puede representar mediante 3 símbolos hexadecimales).

Memoria principal

Una computadora contiene un enrome conjunto de circuitos, cada uno de los cuales es capaz de almacenar un único bit. Este conjunto de bits se conoce como memoria principal de la máquina.

La memoria principal cuenta con celdas, que son unidades accesibles de la memoria principal que contienen 1 byte (8 bits). A estas celdas se les da una dirección, que es un “nombre” que de manera única identifica una celda en la memoria principal de la computadora.

Puesto que la memoria principal de una computadora esta organizada en forma de celdas individuales direccionables, se puede acceder de manera independiente al contenido de cada celda, según sea necesario.

Para reflejar esa capacidad de acceder a las celdas en cualquier orden, a la memoria principal de la computadora se le denomina a menudo “memoria de acceso aleatorio” (RAM, Random Access Memory).

Entonces, existen dos tipos de memoria:

1. RAM (Random Access Memory): una memoria en el que se puede acceder a las celdas individuales en cualquier orden.

Muchas de estas tecnologías almacenan los bits en forma de pequeñas cargas eléctricas que se disipan rápidamente. En consecuencia, dichos dispositivos requieren circutería adicional, conocida como circuito de refresco, que restaura repetidamente las cargas muchas veces por segundo. A la memoria de una computadora construida con este tipo de tecnología se le denomina a menudo memoria dinámica, lo que ha dado lugar al término DRAM.

2. DRAM (Dynamic Random Access Memory): una memoria RAM con circuitería de refresco para restaurar repetidamente sus contenidos. Es a la que se le aplican técnicas adicionales con el fin de reducir el tiempo necesario para extraer el contenido de sus celdas de memoria.

Almacenamiento masivo

Debido a la volatilidad y al tamaño limitado de la memoria principal de una computadora, la mayoría de las computadoras disponen de dispositivos de almacenamiento adicionales conocidos como sistemas de almacenamiento masivo (o de almacenamiento secundario), entre los que se incluyen los discos magnéticos, los discos CD y DVD, las cintas magnéticas y las unidades flash, etc.

Se emplean los términos en línea y fuera de línea para describir a aquellos dispositivos que pueden estar conectados o no a una máquina.

Entonces, existen dos tipos de almacenamiento masivo:

1) En línea significa que el dispositivo o la información están conectados y la máquina puede acceder fácilmente a ellos, sin que haya intervención humana.

2) Estar fuera de línea significa que se requiere intervención humana para que la máquina pueda acceder al dispositivo o la información, quizá porque el dispositivo debe encenderse o porque el medio en el que se almacena la información debe introducirse en algún tipo de mecanismo.

Dentro de las desventajas de este tipo de almacenamiento encontramos que es menos volátil que la memoria principal y que es más lento que la memoria principal.

Existen 4 tipos de almacenamiento masivo:

1) Sistemas magnéticos:

Disco magnético: se utiliza un fino disco giratorio con un recubrimiento magnético para almacenar los datos. Cuando el disco gira un cabezal recorre un círculo llamado pista. Cuando el cabezal se reposiciona, pasa a estar en un cilindro (conjunto de pistas). Cada pista se divide en sectores. La ubicación de las pistas y sectores no es permanente, se formatea graba) de forma magnética. Las medidas para evaluar el rendimiento del disco son el tiempo de búsqueda, el retardo de rotación o tiempo de latencia, tiempo de acceso y t asa de transferencia.

Cinta magnética: la información pasa en el recubrimiento magnético de una cinta delgada. La unidad de cinta lee, escribe y rebobina la cinta. Una desventaja es el tiempo para desplazarse en la cinta.

2) Sistemas ópticos:

CD (Compact Disk): discos de 12cm de diámetro. La información se almacena creando variaciones en sus superficies reflectantes. Se graba del interior al exterior. Tienen capacidad entre 600 y 700 MB.

DVD (Digital Versatile Disk): capas semitransparentes que actúan como superficies diferentes cuando se les ilumina mediante un láser. Tienen capacidad de almacenamiento de varios GB.

BD (Blu-Ray Disk): capacidad cinco veces superior a un DVD.

3) Unidades flash:

Los bits se almacenan enviando señales electrónicas al medio de almacenamiento en el que hacen que los electrones queden atrapados en pequeñas cámaras de dióxido de silicio, alterando circuitos electrónicos. Son buenos para el almacenamiento a largo plazo fuera de línea. Algunos ejemplos son SD Card (Secure Digital), SDHC, SDXC.

4) Almacenamiento y extracción de archivos:

• Archivo: unidad de datos almacenada en un sistema de almacenamiento masivo

• Registro físico: es un bloque de datos adaptado a las características específicas de un dispositivo de almacenamiento.

• Registro lógico: divisiones en el registro físico. Se dividen en campos y el valor almacenado en un campo se llama clave.

• Buffer: área de almacenamiento que se emplea para albergar datos de manera temporal.