Aprende: Relación entre LBA, tamaño de sector y capacidad de almacenamiento

Cuando se trabaja con memorias USB, tarjetas SD, tarjetas microSD, SSD y otros dispositivos de almacenamiento por bloques, hay dos valores especialmente útiles: el tamaño del sector y el número de LBA. Juntos, estos valores describen la capacidad direccionable de un dispositivo de almacenamiento a nivel de bloques.

LBA significa Logical Block Addressing, o direccionamiento lógico de bloques. En lugar de describir un dispositivo de almacenamiento utilizando conceptos físicos más antiguos, como cilindros, cabezales y sectores, los dispositivos de almacenamiento modernos se direccionan como una colección secuencial de bloques lógicos. A cada bloque se le asigna un número, comenzando con LBA 0 y continuando hasta el último bloque lógico disponible en el dispositivo.

En términos sencillos, el número de LBA nos indica cuántos sectores direccionables están disponibles, mientras que el tamaño del sector nos indica cuántos bytes contiene cada uno de esos sectores.

Por qué importa el número exacto de LBA

Para el almacenamiento normal de archivos, una pequeña diferencia en la capacidad bruta de un dispositivo suele pasar desapercibida. A un usuario que copia documentos o fotografías en una memoria USB normalmente no le importa que dos unidades nominalmente idénticas contengan un número de sectores ligeramente diferente.

La creación de imágenes de disco y la duplicación son diferentes.

Un dispositivo de origen puede contener una partición o una estructura de disco que se extienda hasta muy cerca de su último LBA disponible. Si el dispositivo de destino contiene menos LBA que el origen, incluso por una cantidad relativamente pequeña, es posible que una imagen sector por sector no quepa.

Esto puede ocurrir incluso cuando ambos dispositivos se comercializan con exactamente la misma capacidad. Dos dispositivos etiquetados como 32 GB, 64 GB o 128 GB no tienen necesariamente garantizado el mismo número exacto de sectores lógicos direccionables.

El problema se vuelve especialmente importante con estructuras situadas cerca del final de un disco. Los medios formateados con GPT, por ejemplo, mantienen una copia de respaldo del encabezado GPT cerca del final del dispositivo. Por lo tanto, cambiar el rango de LBA disponible puede afectar a algo más que simplemente la cantidad de espacio sin utilizar al final de un disco.

LBA es más preciso que la capacidad impresa en el dispositivo

Las etiquetas comerciales de capacidad, como 32 GB, 64 GB y 128 GB, son útiles para los consumidores, pero no son descripciones precisas de la geometría del almacenamiento.

Cuando la compatibilidad exacta es importante, tres valores ofrecen una imagen mucho más clara:

Conocer estos valores permite determinar exactamente cuánto almacenamiento direccionable existe y si un dispositivo de almacenamiento es realmente lo suficientemente grande como para contener la estructura completa de bloques de otro.

La relación entre LBA y el tamaño del sector

El cálculo básico de capacidad es:

Para un dispositivo que utiliza sectores lógicos de 512 bytes:

El cálculo también puede hacerse a la inversa. Si se conocen la capacidad total del dispositivo en bytes y el tamaño del sector lógico, el número de LBA puede calcularse de la siguiente manera:

Por ejemplo, considera un dispositivo con un número de LBA de 60,125,184 y un tamaño de sector lógico de 512 bytes:

Esta relación se vuelve especialmente importante al comparar dispositivos de almacenamiento para creación de imágenes de disco, duplicación, clonación, trabajo forense u otras aplicaciones en las que importa el número exacto de sectores disponibles.

Por qué los sectores de 512 bytes son tan comunes

Un tamaño de sector lógico de 512 bytes ha sido el estándar tradicional para los dispositivos de almacenamiento durante décadas. Sigue siendo extremadamente común en memorias USB, tarjetas de memoria y muchos otros dispositivos de almacenamiento debido a su compatibilidad con sistemas operativos, sistemas de archivos, estructuras de arranque, controladores y software existente.

Por esta razón, al examinar una memoria USB típica, esperar un tamaño de sector lógico de 512 bytes suele ser razonable. Sin embargo, no debe darse por hecho cuando la capacidad exacta es importante. Windows puede informar directamente del tamaño del sector lógico, y comprobar el valor real elimina cualquier incertidumbre.

Algunos dispositivos de almacenamiento modernos utilizan sectores físicos de 4,096 bytes mientras continúan presentando sectores lógicos de 512 bytes al sistema operativo. Esta configuración se conoce comúnmente como 512e, o emulación de 512 bytes. Otros dispositivos pueden exponer directamente sectores lógicos de 4,096 bytes, conocidos habitualmente como 4Kn.

¿Por qué un dispositivo utilizaría un tamaño de sector diferente?

Los sectores más grandes pueden mejorar la eficiencia del almacenamiento porque se necesitan menos sectores para describir la misma cantidad de capacidad. Un sector de 4,096 bytes contiene ocho veces más datos que un sector de 512 bytes. Los sectores más grandes también pueden reducir parte de la sobrecarga relacionada con el direccionamiento y la corrección de errores, además de ajustarse mejor a la arquitectura interna de los dispositivos modernos de almacenamiento de alta capacidad.

Sin embargo, cambiar el tamaño del sector lógico tiene implicaciones de compatibilidad. Los sistemas operativos, cargadores de arranque, sistemas de archivos, equipos de duplicación, sistemas integrados y software especializado pueden esperar sectores lógicos de 512 bytes. Esta es una de las razones por las que un dispositivo de almacenamiento puede utilizar internamente sectores físicos de 4K y, al mismo tiempo, seguir presentando sectores lógicos de 512 bytes al host.

Cómo cambia el tamaño del sector el número de LBA

La misma capacidad en bytes puede tener números de LBA muy diferentes dependiendo del tamaño del sector lógico.

Considera un área de almacenamiento hipotética que contiene 4,096,000 bytes.

La cantidad de almacenamiento no ha cambiado. Solo ha cambiado el tamaño de cada bloque lógico direccionable. Por lo tanto, el dispositivo con sectores de 4K necesita solo una octava parte del número de LBA para describir la misma capacidad en bytes.

Esta es la razón por la que el número de LBA por sí solo no describe completamente la capacidad de almacenamiento. También es necesario conocer el tamaño del sector lógico.

Conversión de LBA a MB y MiB

Al convertir un número de LBA en un valor de capacidad más familiar, es importante distinguir entre megabytes decimales (MB) y mebibytes binarios (MiB). Aunque estos términos suelen utilizarse indistintamente en conversaciones informales, representan cantidades diferentes de bytes.

Esta distinción explica por qué las capacidades de almacenamiento pueden parecer diferentes dependiendo de cómo una utilidad o un sistema operativo informe el valor. Los fabricantes de unidades suelen anunciar la capacidad utilizando unidades decimales, mientras que muchos sistemas operativos y cálculos técnicos han utilizado tradicionalmente unidades binarias.

Para un dispositivo que utiliza sectores lógicos de 512 bytes, convertir un número de LBA a MiB es especialmente sencillo:

Este es un atajo útil cuando se trabaja con memorias USB que informan sectores lógicos de 512 bytes.

El cálculo inverso es:

Por ejemplo, añadir 7 MiB de capacidad direccionable a un dispositivo con sectores de 512 bytes requiere:

Esto significa que un dispositivo con 60,110,848 LBA necesitaría 14,336 sectores lógicos adicionales para alcanzar 60,125,184 LBA. Con sectores lógicos de 512 bytes, esa diferencia representa exactamente 7 MiB de capacidad direccionable.

Si en su lugar se necesitan MB decimales, el cálculo utiliza 1,000,000 bytes por MB en lugar de 1,048,576 bytes por MiB:

Cómo comprobar el tamaño del sector en Windows PowerShell

Windows PowerShell facilita la consulta de los tamaños de sector lógico y físico informados por los dispositivos de almacenamiento conectados.

Abre PowerShell e introduce: (copiar y pegar)

Get-Disk | Select-Object Number, FriendlyName, BusType, LogicalSectorSize, PhysicalSectorSize

Este comando enumera los discos reconocidos por Windows y muestra el número de disco, el nombre del dispositivo, el tipo de bus, el tamaño del sector lógico y el tamaño del sector físico. Para obtener más contexto sobre la información que Windows puede identificar de una memoria USB, también puedes consultar cómo encontrar el VID, PID, proveedor SCSI y la información de producto de una memoria USB en Windows.

La salida podría mostrar un dispositivo USB similar a este:

Number  FriendlyName       BusType  LogicalSectorSize  PhysicalSectorSize
2       USB Flash Drive    USB      512                512

El valor importante para calcular el número de LBA es LogicalSectorSize. En este ejemplo, cada bloque lógico presentado a Windows contiene 512 bytes.

Es importante distinguir el tamaño del sector lógico del tamaño del sector físico. LBA direcciona los bloques lógicos presentados al sistema operativo. Por lo tanto, al calcular el número de LBA, el valor LogicalSectorSize es el número relevante.

Por ejemplo, una unidad 512e puede informar un tamaño de sector lógico de 512 bytes y un tamaño de sector físico de 4,096 bytes. Windows sigue direccionando ese dispositivo utilizando sus bloques lógicos de 512 bytes, por lo que el cálculo de LBA se basa en 512 bytes y no en los sectores físicos subyacentes de 4,096 bytes.

Cómo obtener el número de LBA con PowerShell

Una vez identificado el número de disco correcto, PowerShell puede calcular directamente el número total de LBA.

Por ejemplo, si el dispositivo USB es el Disco 2: (copiar y pegar)

Get-Disk -Number 2 | Select Number, FriendlyName, LogicalSectorSize, @{Name="LBA_Count";Expression={$_.Size / $_.LogicalSectorSize}}

El cálculo que realiza PowerShell es simplemente:

El comando de PowerShell no supone que todos los dispositivos de almacenamiento utilicen sectores lógicos de 512 bytes. En su lugar, lee el valor LogicalSectorSize informado por el dispositivo seleccionado y utiliza ese valor en el cálculo.

Esto significa que el mismo comando funciona con dispositivos tradicionales de sectores lógicos de 512 bytes, unidades 512e y unidades 4Kn nativas. Para un dispositivo de 512 bytes o 512e que informe sectores lógicos de 512 bytes, el tamaño del dispositivo se divide entre 512. Para un dispositivo 4Kn nativo que informe sectores lógicos de 4,096 bytes, el tamaño del dispositivo se divide entre 4,096.

Esta distinción es importante porque una unidad 512e puede almacenar físicamente los datos en sectores de 4,096 bytes y, al mismo tiempo, seguir presentando sectores lógicos de 512 bytes a Windows. La numeración LBA sigue el tamaño del bloque lógico expuesto al sistema operativo, no necesariamente el tamaño del sector físico utilizado internamente por el dispositivo de almacenamiento.

Las fórmulas LBA sencillas

Como referencia rápida, estos son los cálculos principales utilizados al trabajar con valores LBA:

Esta última ecuación es especialmente útil para determinar exactamente cuánto más pequeña es una memoria USB en comparación con otra. El detalle importante es que dividir la diferencia de LBA entre 2,048 produce un resultado en MiB, no en MB decimales, cuando los dispositivos utilizan sectores lógicos de 512 bytes.