Fundamentos del Almacenamiento Digital

Unidades de Almacenamiento

Las unidades de almacenamiento tienen una estructura jerárquica de información y almacenan datos. Ejemplos de unidades físicas incluyen discos duros, pendrives y disquetes. Las unidades lógicas, por su parte, facilitan la comunicación entre las unidades físicas y los usuarios, permitiendo que estos reconozcan y accedan a dichas unidades.

Conceptos Clave en la Organización de Datos

  • Directorio: Es una zona dentro de cualquier unidad de almacenamiento destinada a contener ficheros (o archivos regulares) y otros subdirectorios.
  • Subdirectorio: Es una zona dentro de un directorio principal, también destinada a almacenar ficheros.
  • Fichero (o Archivo): Es un archivo regular donde se almacena la información.

Modos de Gestión de Memoria del Sistema Operativo

  • Modo Real: La gestión de memoria en un ordenador depende de versiones antiguas de sistemas operativos, como Windows 9x.
  • Modo Protegido: Utilizado por sistemas operativos como Windows NT (incluyendo 2000, XP) o UNIX/Linux, gestiona la memoria de forma plana en una única zona.

Organización del Espacio en Disco

Un disco duro es un soporte electromagnético que almacena información de forma persistente, es decir, no la pierde al desconectarse de la corriente eléctrica. La estructura lógica es creada por el usuario al formatear el disco, mientras que la estructura física es definida por el fabricante, quien indica sus características.

Herramientas para la Gestión de Discos

Algunas herramientas comunes para la gestión de discos incluyen:

  • MS-DOS (FDISK) y versiones de Windows hasta ME.
  • Windows NT (2000, XP, Vista, 7).
  • UNIX/Linux (Reiser, FIPS).
  • Otras utilidades como Partition Wizard, Magic o Paragon.

Estructura Física del Disco

  • Caras (Heads): Un disco puede tener dos o más caras, dependiendo del número total de superficies de almacenamiento.
  • Pistas (Tracks): Son círculos concéntricos en los que se divide cada cara del disco. El conjunto de pistas con el mismo número en diferentes caras se denomina cilindro.
  • Sectores o Bloques: Representan la cantidad mínima de información que se lee o escribe en una sola operación, conocida como unidad de asignación.

Estructura Lógica del Disco

  • Clústeres (Clusters): Son agrupaciones de sectores, y pueden ser de 2, 4, 8 o 16 sectores. Los sistemas operativos trabajan con clústeres para gestionar el espacio.
  • Sector de Arranque (Boot Sector): Se localiza siempre en el primer sector (sector 0) y ocupa un sector entero. Contiene un pequeño programa que se ejecuta al encender el ordenador y una tabla de información relativa al disco (BPB – BIOS Parameter Block).
  • Tabla de Asignación de Archivos (FAT – File Allocation Table): Es el índice del disco duro y se encarga de organizar la información en forma de ficheros. Contiene información sobre el espacio libre del disco, indicando dónde empieza y termina un archivo, cuántos sectores ocupa, y en qué clúster está grabado para el sistema operativo.
  • Directorio Raíz (Root Directory): Es la tercera zona que se crea en el disco al aplicarle formato. Es fijo y contiene varias entradas.
  • Área de Datos del Usuario: Zona destinada al almacenamiento de los datos del usuario.

Particiones de Disco

Las particiones dividen el disco físico en partes, asignando un tamaño a cada una. Aunque no tienen una estructura lógica propia en sí mismas, son la base para organizar el espacio.

Tipos de Particiones

  • Partición Primaria: Es fundamental para el arranque del sistema operativo. Un disco puede tener hasta cuatro particiones primarias, pero solo una puede ser activa. Cada una puede tener su propia FAT y es donde se instala el sistema operativo.
  • Partición Extendida: Actúa como una partición primaria, pero su propósito principal es contener un número ilimitado de particiones lógicas. Esto permite superar la limitación de cuatro particiones primarias en un solo disco físico.
  • Unidad o Partición Lógica: Ocupa un trozo de una partición extendida. Siempre nos referimos a ella como una partición de unidad lógica.

Sistemas de Archivos y Organización de Datos

Los sistemas operativos organizan la información en el disco mediante sistemas de archivos, que estructuran cómo se almacenan y acceden los datos. El sistema de archivos gestiona qué sectores del disco se utilizan para guardar archivos y directorios, y mantiene un registro de qué partes del disco están ocupadas o dañadas. También proporciona herramientas para crear, eliminar y organizar archivos y carpetas de manera eficiente. La información se almacena de forma jerárquica, utilizando una trayectoria o camino para identificar la ubicación de directorios y archivos. En Windows, las rutas usan el carácter \ (barra invertida), mientras que en Linux y macOS se usa / (barra).

Conceptos de Ubicación y Rutas

  • Unidad Activa: Es la letra que representa la unidad de almacenamiento en uso, como C: en Windows.
  • Directorio Activo: Es la carpeta en la que estamos ubicados en un momento dado dentro de la estructura del sistema de archivos.
  • Trayectoria (Ruta): Es la secuencia de directorios que indica la ubicación exacta de un archivo o carpeta dentro del sistema de archivos. Se identifican con letras seguidas de dos puntos en Windows (ej. C:).
    • Trayectoria Absoluta: Indica la ruta completa desde la raíz del sistema de archivos (ej., C:\principal\docs\doc1.txt).
    • Trayectoria Relativa: Indica la ruta desde el directorio activo actual (ej., ..\apuntes\sistemas\temas).

Organización de Archivos en UNIX/Linux

En sistemas UNIX/Linux, no se usa una letra para identificar unidades de almacenamiento. En su lugar, toda la estructura de archivos se organiza bajo un único directorio raíz representado por /.

Tipos de Sistemas de Archivos Comunes

  • FAT12, FAT16 y FAT32: Versiones antiguas utilizadas por MS-DOS y Windows.
  • NTFS: Sistemas Windows actuales (desde Windows NT hasta las versiones más recientes).
  • UFS, EXT3, EXT4: Comunes en Linux (incluyendo Ubuntu) y otros sistemas Unix SVR4.
  • HFS, HFS+: Utilizados por Macintosh.
  • NetWare: Sistema de archivos de Novell NetWare.
  • OS/2: Sistema de archivos de IBM OS/2.