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Unidad de disco duro

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El disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de energía, emplea un sistema de grabación magnética digital, es donde en la mayoría de los casos se encuentra almacenado el sistema operativo de la computadora. En este tipo de disco se encuentra dentro de la carcasa una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos estándares a la hora de comunicar un disco duro con la computadora. Existen distintos tipos de interfaces las más comunes son: Integrated Drive Electronics (IDE, también llamado ATA) , SCSI generalmente usado en servidores, SATA, este último estandarizado en el año 2004 y FC exclusivo para servidores.

Tal y como sale de fábrica, el disco duro no puede ser utilizado por un sistema operativo. Antes tenemos que definir en él un formato de bajo nivel, una o más particiones y luego hemos de darles un formato que pueda ser entendido por nuestro sistema.

También existe otro tipo de discos denominados de estado sólido que utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente se limitaba a las supercomputadoras, por su elevado precio, aunque hoy en día ya se puede encontrar en el mercado unidades mucho más económicas de baja capacidad (hasta 64 GB) para el uso en computadoras personales (sobre todo portátiles). Así, el caché de pista es una memoria de estado sólido, tipo memoria RAM, dentro de un disco duro de estado sólido.

Estructura física

Cabezal de lectura/escritura

Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.

Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara (no es una cabeza por plato, sino una por cara). Si se mira el esquema Cilindro-Cabeza-Sector (más abajo), a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros) ó 3 millonésimas de milímetro. Si alguna llega a tocarlo, causaría muchos daños en el disco, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos (uno de 7.500 revoluciones por minuto se mueve a 120 km/h en el borde).

Direccionamiento

Cilindro, Cabeza y Sector
Pista, Sector, Cluster

Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:

  • Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.
  • Cara: Cada uno de los dos lados de un plato
  • Cabeza: Número de cabezales;
  • Pista: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.
  • Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara).
  • Sector : Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. 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 ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco duro.

El primer sistema de direccionamiento que se usó fue el CHS (cilindro-cabeza-sector), ya que con estos tres valores se puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó otro sistema más sencillo: LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este es el que actualmente se usa.

Si hablamos de disco rígido podemos citar a los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa madre, es decir pueden ser SATA, IDE o SCSI.

IDE: Integrated Device Electronics, "Dispositivo con electrónica integrada") o ATA (Advanced Technology Attachment), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) Hasta hace bien poco, el estándar principal por su versatilidad y relación calidad/precio.

SCSI: Son discos duros de gran capacidad de almacenamiento (desde 5 GB hasta 23 GB). Se presentan bajo tres especificaciones: SCSI Estándar (Standard SCSI), SCSI Rápido (Fast SCSI) y SCSI Ancho-Rápido (Fast-Wide SCSI). Su tiempo medio de acceso puede llegar a 7 mseg y su velocidad de transmisión secuencial de información puede alcanzar teóricamente los 5 Mbps en los discos SCSI Estándares, los 10 Mbps en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbps 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 (daisy-chain). A diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al microprocesador, lo que los vuelve más rápidos.

SATA (Serial ATA): Nuevo estándar de conexión que utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. En la actualidad hay dos versiones, SATA 1 de hasta 1.5 Gb/s (150 MB/s) y SATA 2 de hasta 3.0 Gb/s (300 MB/s) de velocidad de transferencia.

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.

  • 8 pulgadas: 9.5×4.624×14.25 pulgadas (241.3×117.5×362 mm).
    En 1979, Shugart Associates sacó el primer factor de forma compatible con HDD, SA1000, teniendo las mismas dimensiones y siendo compatible con el interfaz de 8 pulgadas de las disqueteras. Habían dos versiones disponibles, la de la misma altura y la de la mitad (2.313 pulgadas).
  • 5.25 pulgadas: 5.75×1.63×8 pulgadas (146.1×41.4×203 mm). Este factor de forma es le primero usado por los discos duros de Seagate en 1980 con el mismo tamaño, como altura máxima de 5¼ pulgadas por diámetro FDD, por ejemplo: 3.25 pulgadas máximo.
    Éste es dos veces tan alto como el factor de 8 pulgadas, que comúnmente se usa hoy; por ejemplo: 1.64 pulgadas (41.4 mm). La mayoría de los modelos de unidades ópticas de 120 mm usan el tamaño del factor de forma de 8 pulgadas "half-height" 5¼ pero también para discos duros. El modelo Quantum Bigfoot es el último que se usó a finales de los 90'.
  • 3.5 pulgadas: 4×1×5.75 pulgadas (101.6×25.4×146 mm).
    Este factor de forma es el primero usado por los discos duros de Rodine que tienen el mismo tamaño que las disqueteras de 3½, 1.63 pulgadas de altura. Hoy ha sido en gran parte remplazado por 1 pulgada de altura "slimline" o "low-profile" que es usado en la mayoría de los discos duros.
  • 2.5 pulgadas: 2.75×0.374-0.59×3.945 pulgadas (69.85×9.5-15×100 mm).
    Este factor de forma se introdujo por PrairieTek en 1988 y no se corresponde con el tamaño de las lectoras de disquete. Este es frecuentemente usado por los discos duros de las plataformas móviles (portatiles, reproductores de música, etc...) y en 2008 fue reemplazado 3.5 pulgadas de unidades de clase multiplataforma. Hoy en día la dominante de este factor de forma son las unidades para portátiles de 9.5 mm, pero las unidades de mayor capacidad tienen una altura de 12.5 mm.
  • 1.8 pulgadas: 54×8×71 mm.
    Este factor de forma se introdujo por Integral Peripherals en 1993 y se involucró con ATA-7 LIF con las dimensiones indicadas y su uso se incrementa en reproductores de audio digital y su subnotebook. La variante original existe de 2GB a 5GB y cabe en una ranura de expansión de tarjeta de ordenador personal. Son usados normalmente en iPods y discos duros basados en MP3.
  • 1 pulgadas: 42.8×5×36.4 mm.
    Este factor de forma se introdujo en 1999 por IBM y Microdrive, apto para los slots tipo dos de compact flash, Samsung llama al mismo factor como 1.3 pulgadas.
  • 0.85 pulgadas: 24×5×32 mm.
    Toshiba anunció este factor de forma el 8 de Enero de 2004 para usarse en móviles y aplicaciones similares, incluyendo SD/MMC slot compatible con HDD optimizado para vídeo y almacenamiento para micromóviles de 4G. Toshiba actualmente vende 4GB (MK4001MTD) y 8GB (MK8003MTD) version 5 y tienen el record Guinness World Record del disco duro más pequeño.

Los principales fabricantes suspendienron la investigación de nuevos productos para 1 pulgada (1.3 pulgadas) y 0.85 pulgadas en 2007, debido a la caída de precios de las memorias flash, aunque Samsung introdujo en 2008 con SpidPoint A1 otra unidad de 1.3 pulgadas.

El nombre de la pulgada base de estos factores de forma normalmente no identifica ningún producto actual (son especificadas en milímetros para los factores de forma más recientes), pero estos indican el tamaño relativo del disco, en el interés de la continuidad historica.

Estructura lógica

Dentro del disco se encuentran:

Funcionamiento mecánico

Piezas de un disco duro

Un disco duro suele tener:

  • Platos en donde se graban los datos,
  • Cabezal de lectura/escritura,
  • Motor que hace girar los platos,
  • Electroimán que mueve el cabezal,
  • circuito electrónico de control, que incluye: interfaz con la computadora, memoria caché,
  • Bolsita desecante (gel de sílice) para evitar la humedad,
  • Caja, que ha de proteger de la suciedad (aunque a veces no está al vacío)
  • Tornillos, a menudo especiales.

Historia

Antiguo disco duro de IBM (modelo 62PC, «Piccolo»), de 64.5 MB, fabricado en 1979

El primer disco duro 1956 fue el IBM 3501, con una capacidad alta de concentrar los bytes de manera que la placa base se convierte en algo más. Entre el primer disco duro, el Ramac I, introducido por IBM en 1956, y los minúsculos discos duros actuales, la evolución ha sido hasta más dramática que en el caso de la densidad creciente de los transistores, gobernada por la ley de Moore.

El Ramac I pesaba una tonelada y su capacidad era de 5 MB. Más grande que una nevera actual, este disco duro trabajaba todavía con válvulas al vacío y requería una consola separada para su manejo.

Su gran mérito consistía en el que el tiempo requerido para el acceso a un dato no dependía de la ubicación física del mismo. En las cintas magnéticas, en cambio, para encontrar una información dada, era necesario enrollar y desenrollar los carretes hasta encontrar el dato buscado.

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 por 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 Grunberg (ambos premio Nobel de Física, por sus contribuciones en el campo del almacenamiento magnético) fue el descubrimiento del fenómeno conocido como magnetorresistencia gigante, permitió construir cabezales de lectura y grabación más sensitivos, 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 vigoroso en la capacidad de almacenamiento en los discos duros, que se elevó a 60% anual en la década de 1990.

En 1992, los discos duros de 3,5 pulgadas alojaban 250 MB, mientras que 10 años después habían superado los 40.000 MB o 40 gigabytes (GB). En la actualidad, ya nos acercamos al uso cotidiano de los discos duros con más de un terabyte (TB) o millón de megabytes.

Características de un disco duro

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 (situarse en la pista) y la Latencia media (situarse en el sector).
  • 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.
  • 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: 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 la aguja esta situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico.

Otras características son:

  • Caché de pista: Es una memoria tipo RAM dentro del disco duro. Los discos duros de estado sólido utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente se limita a las supercomputadoras, por su elevado precio.
  • Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la computadora. Puede ser IDE/ATA, SCSI, SATA, USB, Firewire, SAS
  • Landz: Zona sobre las que aterrizan las cabezas una vez apagada la computadora.

Presente y Futuro

Actualmente la nueva generación de discos duros utilizan la tecnología de grabación perpendicular (PMR), la cual permite mayor densidad de almacenamiento. También existen discos llamados "Ecológicos" (GP - Green Power), los cuales hacen un uso más eficiente de la energía. Se está empezando a observar que la Unidad de estado sólido es posible que termine sustituyendo al disco duro a largo plazo.

Fabricantes

Véase también

Enlaces externos

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