Disco duro
La unidad de disco duro o unidad
de disco rígido es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un
sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales. Se compone de uno
o más platos o discos
rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad
dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus
caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada
lámina de aire generada por la rotación de los discos. Es memoria no volátil.
El primer disco duro fue inventado por IBM, en 1956. A lo largo de los
años, han disminuido los precios de los discos duros, al mismo tiempo que han
multiplicado su capacidad, siendo la principal opción de almacenamiento
secundario para computadoras personales, desde su aparición en los años 1960..
Los tamaños también han variado
mucho, desde los primeros discos IBM hasta los formatos estandarizados
actualmente: 3,5 pulgadas los modelos para PC y servidores, y 2,5 pulgadas
los modelos para dispositivos portátiles. Todos se comunican con la computadora a través
del controlador de disco, empleando una interfaz estandarizada. Los
más comunes hasta los años 2000 han sido IDE (también
llamado ATA o PATA), SCSI (generalmente usado en servidores y estaciones de
trabajo).Existe además FC empleado exclusivamente en servidores.
Para poder utilizar un disco duro,
un sistema operativo debe aplicar un formato de bajo nivel que defina
una o más particiones. La operación de formateo requiere el uso de una fracción del espacio
disponible en el disco, que dependerá del sistema de archivos o formato
empleado. Además, los fabricantes de discos duros, unidades de estado
sólido y tarjetas flash miden la
capacidad de los mismos usando prefijos del Sistema Internacional, que emplean
múltiplos de potencias de 1000 según la normativa IEC e IEEE, en lugar de
los prefijos binarios, que emplean múltiplos de potencias de 1024, y son los usados por sistemas operativos de Microsoft. Esto provoca que
en algunos sistemas operativos sea representado como múltiplos 1024 o como
1000, y por tanto existan confusiones, por ejemplo un disco duro de 500 GB, en algunos
sistemas operativos será representado como 465GiB (es decir gibibytes; 1 GiB =
1024 MiB) y en otros como 500 GB.
HISTORIA
Al principio los discos duros eran
extraíbles.
El primer disco duro, aparecido
en 1956, fue el Ramac I, presentado con la computadora IBM 350: pesaba una tonelada y su capacidad
era de 5 MB. Más grande que un frigorífico actual, este disco duro trabajaba
todavía con válvulas de vacío y requería una consola separada para su manejo.
Su gran mérito consistía en el que el
tiempo requerido para el acceso era relativamente constante entre algunas
posiciones de memoria, a diferencia de las cintas magnéticas, donde para
encontrar una información dada, era necesario enrollar y desenrollar los
carretes hasta encontrar el dato buscado, teniendo muy diferentes tiempos de
acceso para cada posición.
La tecnología inicial aplicada a los
discos duros era relativamente simple. Consistía en recubrir con material
magnético un disco de metal que era formateado en pistas concéntricas, que
luego eran divididas en sectores. El cabezal magnético codificaba información
al magnetizar diminutas secciones del disco duro, empleando un código binario
de «ceros» y «unos». Los bits o dígitos binarios así grabados pueden permanecer
intactos durante años. Originalmente, cada bit tenía una disposición horizontal
en la superficie magnética del disco, pero luego se descubrió cómo registrar la
información de una manera más compacta.
El mérito del francés Albert Fert y al alemán Peter Grünberg fue el
descubrimiento del fenómeno conocido como magneto resistencia gigante, que permitió
construir cabezales de lectura y grabación más sensibles, y compactar más los
bits en la superficie del disco duro. De estos descubrimientos, realizados en
forma independiente por estos investigadores, se desprendió un crecimiento
espectacular en la capacidad de almacenamiento en los discos duros.
En 1992, los discos duros
de 3,5 pulgadas alojaban 250 MB, mientras que 10 años después habían
superado 40 GB (40 000 MB).
ESTRUCTURA LOGICA
Dentro del disco se encuentran:
·
El registro de arranque principal en el bloque o sector de
arranque, que contiene la tabla de particiones.
·
Las particiones de disco, necesarias para poder colocar los sistemas de
archivos.
ESTRUCTURA FISICA
Dentro de la unidad de disco duro hay
uno o varios discos (de aluminio o cristal) concéntricos llamados platos y que giran todos a la vez sobre el mismo eje, al que están unidos. El cabezal está formado por un
conjunto de brazos paralelos a los platos, alineados verticalmente y que
también se desplazan de forma simultánea, en cuya punta están las cabezas de
lectura/escritura. Los cabezales pueden moverse hacia el interior o el exterior
de los platos.
Cada plato posee dos “ojos”, y es
necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. En
realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene dos cabezas: una para
leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto,
hay ocho cabezas para leer cuatro platos. Los cabezales de lectura/escritura no
tocan el disco, sino que pasan muy cerca debido a una finísima película de aire
que se forma entre los cabezales y los platos cuando los discos giran. Si
alguna de las cabezas llega a tocar una superficie de un plato, causaría muchos
daños en él, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos.
DIRRECCIONAMIENTO
A es una pista del disco (roja),
B es un sector geométrico (azul),
C es un sector de una pista (magenta),
D es un grupo de sectores o clúster (verde).
·
Plato: cada uno de los discos que hay
dentro de la unidad de disco duro.
·
Cara: cada uno de los dos lados de
un plato.
·
Cabezal: número de cabeza o cabezal por
cada cara.
·
Pista: una circunferencia dentro de
una cara; la pista cero (0) está en el borde
exterior.
·
Cilindro: conjunto de varias pistas;
son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cadacara).
·
Sector: cada una de las divisiones de una
pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes,
aunque la IDEMA ha creado un comité que impulsa llevarlo a 4 KiB. Antiguamente el
número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio
significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más
sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología grabación
de bits por zonas que aumenta el número de sectores en las pistas
exteriores, y utiliza más eficientemente el disco duro. Así las pistas se
agrupan en zonas de pistas de igual cantidad de sectores. Cuanto más lejos del
centro de cada plato se encuentra una zona, ésta contiene una mayor cantidad de
sectores en sus pistas. Además mediante ZBR, cuando se leen sectores de
cilindros más externos la tasa de transferencia de bits por segundo es mayor;
por tener la misma velocidad angular que cilindros internos pero mayor cantidad
de sectores.
·
Sector geométrico: son los sectores contiguos pero de
pistas diferentes.
·
Clúster: es un conjunto contiguo de sectores.
El primer sistema de direccionamiento
que se usó fue el Cilindro-Cabezal-Sector, ya que con estos
tres valores se puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó
otro sistema más sencillo, que actualmente se usa: direccionamiento de
bloques lógicos, que consiste en dividir el disco entero en sectores y
asignar a cada uno un único número.
Factor de Forma
El más temprano "factor de
forma" de los discos duros, heredó sus dimensiones de las disqueteras.
Pueden ser montados en los mismos chasis y así los discos duros con factor de
forma, pasaron a llamarse coloquialmente tipos FDD "floppy-disk drives"
(en inglés).
La compatibilidad del "factor de
forma" continua siendo de 3½ pulgadas (8,89 cm) incluso después de
haber sacado otros tipos de disquetes con unas dimensiones más pequeñas.
CARACTERISTICAS
Las características que se deben
tener en cuenta en un disco duro son:
·
Tiempo medio de acceso: tiempo medio que
tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma
del Tiempo medio de búsqueda, Tiempo de lectura/escritura y
la Latencia media.
·
Tiempo medio de búsqueda: tiempo medio que
tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado
por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del
disco.
·
Tiempo de lectura/escritura: tiempo medio que
tarda el disco en leer o escribir nueva información: Depende de la cantidad de
información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de
cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista.
·
Latencia media: tiempo medio que tarda la aguja en
situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación
completa del disco.
·
Velocidad de rotación: Es la velocidad a
la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los
platos del disco, que es donde se almacenan magnéticamente los datos.
·
Se mide en número revoluciones por minuto (RPM).
·
Una velocidad de 5400RPM permitirá una transferencia entre 10MB y 16MB
por segundo con los datos que están en la parte exterior del cilindro o plato,
algo menos en el interior. Revoluciones por minuto de los platos. A mayor
velocidad de rotación, menor latencia media.
·
Tasa de transferencia: velocidad a la
que puede transferir la información a la computadora una vez que
la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad
sostenida o de pico.
Otras características son:
·
Caché de pista: es una memoria
tipo flash dentro del disco duro.
·
Interfaz: medio de comunicación entre el
disco duro y la computadora.
·
Landz: zona sobre las que aparcan las
cabezas una vez se apaga la computadora.
Tipos de conexión de
datos
Las unidades de discos duros pueden
tener distintos tipos de conexión o interfaces de datos con la placa base. Cada unidad de
disco rígido puede tener una de las siguientes opciones:
·
IDE
·
SATA
·
SCSI
·
SAS
Cuando se conecta indirectamente con
la placa base se denomina disco duro portátil o externo.
IDE, ATA o PATA
La interfaz ATA o PATA,
originalmente conocido como IDE controla los dispositivos de almacenamiento
masivo de datos, como los discos duros y ATAPI o unidades de discos
ópticos como lectoras o grabadoras de CD y DVD.
Hasta el 2004, aproximadamente,
fue el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad.
Son planos, anchos y alargados.
SATA
SATA es el más
novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la
transmisión de datos.
Notablemente más rápido y eficiente
que IDE.
Físicamente es mucho más pequeño y
cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente.
SCSI
Las interfaces SCSI son interfaces
preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de
rotación.
Se presentan bajo tres
especificaciones:
1. SCSI Estándar
2. SCSI Rápido
3. SCSI Ancho-Rápido.
Su tiempo medio de acceso puede
llegar a 7 milisegundos y su velocidad de transmisión secuencial de información
puede alcanzar teóricamente los 5 Mbit/s en los discos SCSI Estándares, los
10 Mbit/s en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbit/s en los discos SCSI
Anchos-Rápidos (SCSI-2).
Un controlador SCSI puede manejar
hasta 7 discos duros SCSI (o 7 periféricos SCSI) con conexión tipo margarita. A
diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al
microprocesador, lo que posibilita una mayor velocidad de transferencia.
SAS
SAS es el interfaz de transferencia de
datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos
SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y
permite la conexión y desconexión en caliente. Una de las principales
características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el
número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de
transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con
la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina
que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI.
El conector es el mismo que en la
interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos
necesidad de velocidad, ahorrando costes. Por lo tanto, las unidades SATA
pueden ser utilizadas por controladoras SAS pero no a la inversa, una
controladora SATA no reconoce discos SAS.
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