Disco duro o disco rígido en inglés Hard Disk (HD)
Es un dispositivo encargado de almacenar información de forma permanente en una computadora, fue inventado por IBM en 1956.
El Disco duro es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales.
El término duro se utiliza para diferenciarlo del disco flexible o disquete (floppy en inglés). Los discos duros pueden almacenar muchos más datos y son más rápidos que los disquetes. Por ejemplo, un disco duro puede llegar a almacenar más de 100 gigabytes, mientras que la mayoría de los disquetes tienen una memoria máxima de 1.4 megabytes.
Su funcionamiento a grandes rasgos se podrían definir como uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada.
Todos los cabezales de lectura/grabación están unidos a un solo brazo de acceso, de modo que no puedan moverse independientemente. Cada disco tiene el mismo número de pistas, y a la parte de la pista que corta a través de todos los discos se le llama cilindro.
Los tamaños han variado mucho desde su creación pero se estandarizaron actualmente en 3,5 pulgadas para los PC y servidores, 2,5 pulgadas para los dispositivos portátiles.
Los computadores más antiguos para conectar los discos duros usaban un puerto IDE (Integrated Device Electronics, que sería interfaz para la conexión de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos) y desde el 2000 an empezado a usar mas los puertos SATA (Serial Advanced Technology Attachment)
El disco duro esta compuesto por 2 partes la parte física y la lógica.
En la parte Fisica encontramos desde los cabezales que son aptos para la lectura y escritura de los datos en el disco duro, como también su respectivo impulsor de cabezales, las pistas que permiten la escritura de los datos, y los cilindros, que consisten en pequeños discos internos que llevan un orden vertical. Los datos son grabados en los Discos Magnéticos, también conocidos como Platos.
Parte Fisica.
Los Discos (Platters)
Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. Los discos están unidos a un eje y un motor que los hace guiar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente los discos duros están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse una para almacenar información de control.
Las Cabezas (Heads)
Están ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza Lectura/Escritura a cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tienen dos o más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitad del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este esta girando a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre una capa de aire extremadamente delgada(10 millonésima de pulgada). Esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las cabezas o el medio. Su funcionamiento consiste en una bobina de hilo que se acciona según el campo magnético que detecte sobre el soporte magnético, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco.
El Eje
Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.
Actuador (actuator)
Es un motor que mueve la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y el borde externo de los discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electromagneto empujado contra magnetos fijos para mover las cabezas a través del disco. La controladora manda más corriente a través del electromagneto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centro del disco sobre una zona donde no se guardan datos. Dado que todas las cabezas están unidas al mismo "rotor" ellas se mueven al unísono. Mientras que lógicamente la capacidad de un disco duro puede ser medida según los siguientes parámetros:
Cilindros (cylinders)
El par de pistas en lados opuestos del disco se llama cilindro. Si el HD contiene múltiples discos (sean n), un cilindro incluye todos los pares de pistas directamente uno encima de otra (2n pistas). Los HD normalmente tienen una cabeza a cada lado del disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el rotor. Como resultado los HD de múltiples discos se desempeñan levemente más rápido que los HD de un solo disco.
Pistas (tracks)
Un disco está dividido en delgados círculos concéntricos llamados pistas. Las cabezas se mueven entre la pista más externa ó pista cero a la mas interna. Es la trayectoria circular trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza de lectura / escritura. Cada pista está formada por uno o más Cluster.
Sectores (sectors)
Un byte es la unidad útil más pequeña en términos de memoria. Los HD almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría de los HD usan sectores de 512 bytes. La controladora del H D determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten especificar el tamaño de un sector. Cada pista del disco esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen mas sectores.
Parte lógica.
En la parte Lógica está conformada por la asignación que podemos dar a la parte magnética mediante el Software de un equipo, dividiéndose en:
- El Sector de Arranque, consistente en el sector donde encontramos la información sobre las distintas particiones del disco duro.
- El espacio particionado o sin particionar.
- El directorio raíz (que es el que se asigna a cada unidad).
- La tabla FAT (Tabla de asignación de archivos) que indica el espacio libre donde poder almacenar ficheros, y lógicamente la zona principal donde se encuentran todos los datos y sus ubicaciones dentro de los directorios.
Son dispositivos CAV (Velocidad Angular Constante), por lo que las pistas externas se leen más rápido que las internas y por ello los sistemas operativos intentan organizar los datos que más se suelen utilizar, sobre los cilindros externos y así ganas un tiempo de acceso más rápido.
Es decir que las pistas externas se leen más rápido que las internas (En la grabación de un CD/DVD ocurre algo similar, ya que estos se graban en “espiral” desde dentro hacia afuera, y la mayor velocidad de grabación se obtiene en la parte exterior del CD/DVD).
Así mismo los discos duros tienen unos cabezales de lectura/escritura de datos (Al menos uno por plato y cara), estos cabezales se mueven de forma simultanea de forma que si el disco duro tiene que buscar varios datos que están en distintos platos/caras, primero buscara un dato y despues el otro, lo cual implica una pérdida de rendimiento (Por esta razón los discos de uso empresarial/corporativo suelen ser de 10.000 ó 15.000 Rpms, en lugar de ser discos “domésticos” de 5.400 ó 7.200 Rpms, aunque con la aparición de los SSD (Solid State Device, Dispositivos de Estado Sólido), basados en memorias flash este punto se ha solucionado ya que el tiempo de acceso de los SSD es ínfimo (Apenas 1 ms como mucho) en comparación con los discos duros tradicionales que en el mejor de los casos rondan los::
- 8,5 ó 8,9 ms para los modelos de 5.400 Rpms (Dan 90 vueltas/segundo).
- 8,5 ó 8,9 ms para los modelos de 5.900 Rpms (Dan 98,3 vueltas/segundo).
- 8,5 ó 8,9 ms para los modelos de 7.200 Rpms (Dan 120 vueltas/segundo).
- 4,2 ms para los modelos de 10.000 Rpms (Dan 166,6 vueltas/segundo).
- 3,4 ó 3,5 ms para los modelos de 15.000 Rpms (Dan 250 vueltas/segundo).
Aunque teoricamente los discos duros de 5.400 y 5.900 Rpms deberian tener tiempos de acceso ligeramente más altos que los modelos de 7.200 Rpms puesto que su velocidad de giro es más lenta y generalmente los discos de 5.400 y 5.900 Rpms se dedican a funciones secundarias como el almacenamiento de datos, en lugar de uso principal para Sistema Operativo y Programas.
La estructura lógica de un disco duro está formada por:
El sector de arranque (Master Boot Record).
El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro (cabeza 0, cilindro 0, sector 1). En él se almacena la tabla de particiones y un pequeño programa master de inicialización, llamado también Master Boot. Este programa es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa. Si no existiese partición activa, mostraría un mensaje de error.
El espacio particionado es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. El espacio no particionado, es espacio no accesible del disco ya que todavía no ha sido asignado a ninguna partición. A continuación se muestra un ejemplo de un disco duro con espacio particionado (2 particiones primarias y 2 lógicas) y espacio todavía sin particionar.
Funcionamiento de un Disco Duro.
1. Una caja metálica hermética protege los componentes internos de las partículas de polvo; que podrían obstruir la estrecha separación entre las cabezas de lectura/escritura y los discos, además de provocar el fallo de la unidad a causa de la apertura de un surco en el revestimiento magnético de un disco.
2. En la parte inferior de la unidad, una placa de circuito impreso, conocida también como placa lógica, recibe comandos del controlador de la unidad, que a su vez es controlado por el sistema operativo. La placa lógica convierte estos comandos en fluctuaciones de tensión que obligan al actuador de las cabezas a mover estas a lo largo de las superficies de los discos. La placa también se asegura de que el eje giratorio que mueve los discos de vueltas a una velocidad constante y de que la placa le indique a las cabezas de la unidad en que momento deben leer y escribir en el disco. En un disco IDE (Electrónica de Unidades Integradas), el controlador de disco forma parte de la placa lógica.
3. Un eje giratorio o rotor conectado a un motor eléctrico hacen que los discos revestidos magnéticamente giren a varios miles de vueltas por minuto. El número de discos y la composición del material magnético que lo s recubre determinan la capacidad de la unidad. Generalmente los discos actuales están recubiertos de una aleación de aproximadamente la trimillonésima parte del grosor de una pulgada.
4. Un actuador de las cabezas empuja y tira del grupo de brazos de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de las superficies de los platos con suma precisión. Alinea las cabezas con las pistas que forman círculos concéntricos sobre la superficie de los discos.
5. Las cabezas de lectura/escritura unidas a los extremos de los brazos móviles se deslizan a la vez a lo largo de las superficies de los discos giratorios del HD. Las cabezas escriben en los discos los datos procedentes del controlador de disco alineando las partículas magnéticas sobre las superficies de los discos; las cabezas leen los datos mediante la detección de las polaridades de las partículas ya alineadas.
6. Cuando el usuario o su software le indican al sistema operativo que lea o escriba un archivo, el sistema operativo ordena al controlador del HD que mueva las cabezas de lectura y escritura a la tabla de asignación de archivos de la unidad, o FAT en DOS (VFAT en Windows 95). El sistema operativo lee la FAT para determinar en que Cluster del disco comienza un archivo preexistente, o que zonas del disco están disponibles para albergar un nuevo archivo.
7. Un único archivo puede diseminarse entre cientos de Cluster independientes dispersos a lo largo de varios discos. El sistema operativo almacena el comienzo de un archivo en los primeros Cluster que encuentra enumerados como libres en la FAT. Esta mantiene un registro encadenado de los Cluster utilizados por un archivo y cada enlace de la cadena conduce al siguiente Cluster que contiene otra parte mas del archivo. Una vez que los datos de la FAT han pasado de nuevo al sistema operativo a través del sistema electrónico de la unidad y del controlador del HD, el sistema operativo da instrucciones a la unidad para que omita la operación de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de la superficie de los discos, leyendo o escribiendo los Cluster sobre los discos que giran después de las cabezas. Después de escribir un nuevo archivo en el disco, el sistema operativo vuelve a enviar las cabezas de lectura/escritura a la FAT, donde elabora una lista de todos los Cluster del archivo.
