UNIDAD DE DISCO DURO
En informática,
la unidad de disco duro o unidad de disco rígido (en
inglés: Hard Disk Drive, HDD) es el dispositivo de almacenamiento de
datos que emplea un
sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o másplatos 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, los discos duros han disminuido su precio al mismo tiempo que han
multiplicado su capacidad, siendo la principal opción de almacenamiento secundario para PC desde
su aparición en los años 1960.1 Los discos duros han mantenido su
posición dominante gracias a los constantes incrementos en la densidad de
grabación, que se ha mantenido a la par de las necesidades de almacenamiento
secundario.
Los tamaños también han
variado mucho, desde los primeros discos IBM hasta los formatos estandarizados
actualmente: 3,5 " los modelos para PC y servidores,
2,5 "
los modelos para dispositivos portátiles. Todos se comunican con la computadora a través del controlador de disco, empleando un interfaz estandarizado.
Los más comunes hasta los años 2000 han sido IDE (también
llamado ATA o PATA), SCSI (generalmente
usado en servidores y estaciones de trabajo). Desde el 2000 en
adelante ha ido masificándose el uso de los Serial ATA.
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 formato empleado. Además, los fabricantes de
discos duros, unidades de estado sólido y tarjetas flash miden la capacidad de los mismos
usando prefijos SI, que emplean múltiplos de
potencias de 1000 según la normativa IEC y 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 sea representado como 465 GiB (es decir gibibytes;
1 GiB = 1024 MiB) y en otros como 500 GB.
Historia
Al principio los discos
duros eran extraíbles, sin embargo, hoy en día típicamente vienen todos
sellados (a excepción de un hueco de ventilación para filtrar e igualar la
presión del aire).
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 una nevera 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 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 (ambos premio Nobel de Física por sus contribuciones en el campo del
almacenamiento magnético) fue el descubrimiento del fenómeno conocido como magnetorresistencia 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, que se
elevó un 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 40 GB
(40 000 MB). En la actualidad, ya contamos en el uso cotidiano con
discos duros de más de 5 TB,
esto es, 5000 GB (5 000 000 MB).
En 2001 fue lanzado el iPod, que empleaba un
disco duro que ofrecía una capacidad alta para la época. Junto a la
simplicidad, calidad y elegancia del dispositivo, este fue un factor clave para
su éxito.
En 2005 los primeros teléfonos móviles que incluían discos duros fueron
presentados por Samsung y Nokia, aunque no tuvieron mucho éxito ya que las
memorias flash los acabaron desplazando, debido al aumento de capacidad, mayor
resistencia y menor consumo de estas últimas.
Estructura
física
Dentro de la unidad de
disco duro hay uno o varios discos (de aluminio o cristal) concéntricos
llamados platos (normalmente
entre 2 y 4, aunque pueden ser hasta 6 o 7 según el modelo), y que giran todos
a la vez sobre el mismo eje,
al que están unidos. El cabezal (dispositivo de lectura y
escritura) 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. Por norma general hay una cabeza
de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales pueden
moverse hacia el interior o el exterior de los platos, lo cual combinado con la
rotación de los mismos permite que los cabezales puedan alcanzar cualquier
posición de la superficie de los platos.
Cada plato posee dos
“ojos”, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para
cada cara. Si se observa el esquema Cilindro-Cabeza-Sector, 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,
aunque por cuestiones comerciales, no siempre se usan todas las caras de los
discos y existen discos duros con un número impar de cabezas, o con cabezas
deshabilitadas. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que
pasan muy cerca (hasta a 3nanómetros), debido a una finísima película de aire que se
forma entre éstas y los platos cuando éstos giran (algunos discos incluyen un
sistema que impide que los cabezales pasen por encima de los platos hasta que
alcancen una velocidad de giro que garantice la formación de esta película). 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 (uno
de 7.200 revoluciones por minuto se mueve a 129 km/h en
el borde de un disco de 3,5
pulgadas ).
Direccionamiento
Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:
·
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 cada cara).
·
Sector : cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del
sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, aunque laIDEMA 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 (Zone Bit Recording, ZBR) 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.
El
primer sistema de direccionamiento que se usó fue el cilindro-cabeza-sector (Cylinder-Head-Sector, CHS), ya que con estos tres valores se
puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó otro sistema
más sencillo: direccionamiento de bloques lógicos (Logical block
addressing, LBA), que
consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número.
Éste es el que actualmente se usa.
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: 241,3×117,5×362 mm (9,5×4,624×14,25 pulgadas).
En 1979, Shugart Associates sacó el primer factor de forma compatible con los disco duros, SA1000, teniendo las mismas dimensiones y siendo compatible con la interfaz de
· 5,25 pulgadas: 146,1×41,4×203 mm (5,75×1,63×8 pulgadas). Este factor
de forma es el primero usado por los discos duros de Seagate en 1980 con el
mismo tamaño y altura máxima de los FDD de 5¼ pulgadas, por ejemplo:
82,5 mm máximo.
Éste es dos veces tan alto como el factor de
·
3,5 pulgadas: 101,6×25,4×146 mm (4×1×5.75 pulgadas).
Este factor de forma es el primero usado por los discos duros de Rodine que tienen el mismo tamaño que las disqueteras de 3½, 41,4 mm de altura. Hoy ha sido en gran parte remplazado por la línea "slim" de 25,4 mm (
·
2,5 pulgadas: 69,85×9,5-15×100 mm (2,75×0,374-0,59×3,945 pulgadas).
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 los equipos móviles (portátiles, reproductores de música, etc...) y en 2008 fue reemplazado por unidades de
·
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 posee de 2 GB a 5 GB 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 2 de compact flash, Samsung llama al mismo factor como
·
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 disco duro optimizado para vídeo y almacenamiento para micromóviles de 4G. Toshiba actualmente vende versiones de 4 GB (MK4001MTD) y 8 GB (MK8003MTD) 5 y tienen el récord Guinness del disco duro más pequeño.
Los principales
fabricantes suspendieron 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 el 2008 con el SpidPoint
A1 otra unidad de 1,3
pulgadas .
El nombre de
"pulgada" para los 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, para interés de la
continuidad histórica.
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),Tiempo de
lectura/escritura 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.
· 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: 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:
· Interfaz: medio de comunicación
entre el disco duro y la computadora. Puede ser IDE/ATA, SCSI, SATA, USB, Firewire, Serial Attached SCSI
Conexionado. Tipos de conexión de datos y fuente
de alimentación
Si hablamos de unidades
de disco duro podemos citar los distintos tipos de conexión o interfaz de datos
que poseen los mismos con la placa base,
es decir, pueden ser SATA, IDE, SCSI o SAS. Cuando no se conecta directamente con la
placa base, se denomina disco duro portátil o externo.
ATA / IDE
Artículo principal: Integrated Drive Electronics
La interfaz ATA (Advanced Technology Attachment) o Parallel
ATA (PATA), originalmente
conocido como IDE (Integrated Device Electronics), controla los dispositivos de
almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet
Interface). Hasta aproximadamente el 2004, fue el estándar principal por
su versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados.
SATA
Artículo principal: Serial ATA
Serial ATA 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. Existen tres versiones, SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (hoy
día descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en
la actualidad; y por último SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está
empezando a hacer hueco en el mercado. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo
que los IDE, además de permitir conexión en caliente.
SCSI
Son interfaces
preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de
rotación. 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 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 (daisy-chain). A
diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al
microprocesador, lo que posibilita una mayor velocidad de transferencia.
SAS
Artículo principal: Serial Attached SCSI
Serial Attached SCSI es la 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. Además, el conector es el mismo que en la interfazSATA 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.
Estructura
lógica
Dentro del disco se encuentran:
·
El Master Boot Record (MBR), en el sector de arranque, que contiene la tabla de particiones.
·
Las particiones, necesarias para poder colocar los sistemas de archivos.
Funcionamiento
mecánico
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, motivo por el cual suele
traer algún filtro de aire.
Integridad
Debido a la distancia
extremadamente pequeña entre los cabezales y la superficie del disco, cualquier
contaminación de los cabezales de lectura/escritura o las fuentes puede dar
lugar a un accidente en los cabezales, un fallo del disco en el que el cabezal
raya la superficie de la fuente, a menudo moliendo la fina película magnética y
causando la pérdida de datos. Estos accidentes pueden ser causados por un fallo
electrónico, un repentino corte en el suministro eléctrico, golpes físicos, el
desgaste, la corrosión o debido a que los cabezales o las
fuentes sean de pobre fabricación.
El eje del sistema del
disco duro depende de la presión del aire dentro del recinto para sostener los
cabezales y su correcta altura mientras el disco gira. Un disco duro requiere
un cierto rango de presiones de aire para funcionar correctamente. La conexión
al entorno exterior y la presión se produce a través de un pequeño agujero en
el recinto (cerca de 0,5 mm de diámetro) normalmente con un filtro en su
interior (filtro de respiración, ver abajo). Si la presión del aire es
demasiado baja, entonces no hay suficiente impulso para el cabezal, que se
acerca demasiado al disco, y se da el riesgo de fallos y pérdidas de datos. Son
necesarios discos fabricados especialmente para operaciones de gran altitud,
sobre 3.000 m. Hay que tener en cuenta que los aviones modernos tienen una
cabina presurizada cuya presión interior equivale normalmente a una altitud de
2.600 m como máximo. Por lo tanto los discos duros ordinarios se pueden
usar de manera segura en los vuelos. Los discos modernos incluyen sensores de
temperatura y se ajustan a las condiciones del entorno. Los agujeros de
ventilación se pueden ver en todos los discos (normalmente tienen una pegatina
a su lado que advierte al usuario de no cubrir el agujero). El aire dentro del
disco operativo está en constante movimiento siendo barrido por la fricción del plato. Este aire pasa a través de
un filtro de recirculación interna para quitar cualquier contaminante que se
hubiera quedado de su fabricación, alguna partícula o componente químico que de
alguna forma hubiera entrado en el recinto, y cualquier partícula generada en
una operación normal. Una humedad muy alta durante un periodo largo
puede corroer los cabezales y los platos.
Para los cabezales
resistentes al magnetismo grandes (GMR) en
particular, un incidente minoritario debido a la contaminación (que no se
disipa la superficie magnética del disco) llega a dar lugar a un
sobrecalentamiento temporal en el cabezal, debido a la fricción con la
superficie del disco, y puede hacer que los datos no se puedan leer durante un
periodo corto de tiempo hasta que la temperatura del cabezal se estabilice
(también conocido como “aspereza térmica”, un problema que en parte puede ser
tratado con el filtro electrónico apropiado de la señal de lectura).
Los componentes
electrónicos del disco duro controlan el movimiento del accionador y la rotación
del disco, y realiza lecturas y escrituras necesitadas por el controlador de
disco. El firmware de los discos modernos es capaz de
programar lecturas y escrituras de forma eficiente en la superficie de los
discos y de reasignar sectores que hayan fallado.
Mantenimiento
y cuidado:
Los discos duros también
necesitan cuidado, siga las siguientes instrucciones para evitar la perdida de
datos y evitar que el disco duro quede inservible:
1. No quitar la etiqueta ligeramente plateada que se encuentra a los
lados y/o algunas veces en la parte frontal, esto puede causar que entre polvo
y raye el disco, asimismo el polvo que pueda contener electricidad puede mover
los datos y causar daños.
2. No tapar los agujeros pequeños, ya que son un filtro de aire y
puede causar sobrecalentamiento.
3. Realizar periódicamente copias de seguridad de la información importante, eventos
como apagones o ataques de virus pueden dañar el disco duro o la información,
si ocurre un apagón desconectar el ordenador.
4. Se recomienda crear al menos dos particiones: Una para el sistema
operativo y los programas y otra para los datos del usuario. De esta forma se
pueden facilitar la copia de seguridad y la restauración, al posibilitar
retroceder o reinstalar completamente el sistema operativo sin perder los datos
personales en el proceso.
5. Optimizar (desfragmentar) el disco duro regularmente usando la
herramienta incluida en el sistema operativo o un programa de otro fabricante
para reducir el desgaste, facilitar la recuperación en caso de un problema, y
mantener una buena velocidad de respuesta. La mayoría de los expertos parecen
coincidir que debe realizarse con una frecuencia no mayor a una vez por semana,
pero no menor a una vez al mes.
6. Descargar y usar un programa que lea los datos de los sensores del
disco duro (S.M.A.R.T.),
para vigilar la condición del disco duro. Si indica que está en peligro, copiar
la información importante y reemplazar el disco duro lo más pronto posible para
evitar la pérdida de información.
7. Evitar que el disco sufra golpes físicos, especialmente durante su
funcionamiento. Los circuitos, cabezales y discos pueden dañarse.
8. Si el disco duro presenta problemas de confiabilidad, un
funcionamiento anormalmente lento o aparecen sin razón aparente archivos
dañados o ilegibles, analizarlo con un comprobador de disco. También se
recomienda realizar una comprobación de rutina cada cierta cantidad de meses
para detectar errores menores y corregirlos antes de que se agraven.
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