El documento describe la estructura y funcionamiento de los discos duros. Un disco duro almacena datos magnéticamente en platos giratorios. Está formado por cabezales de lectura/escritura que se mueven sobre los platos para acceder a los sectores, la unidad más pequeña de almacenamiento. Los discos duros dividen su espacio en particiones lógicas que pueden tener sistemas de archivos como FAT o NTFS.

1. Disco
I. Discos Duros
1. Concepto
Un disco duro es un dispositivo que permite el almacenamiento y
recuperación de grandes cantidades de información. Los discos duros forman
el principal elemento de la memoria secundaria de un ordenador, llamada así
en oposición a la memoria principal o memoria RAM (Random Access
Memory, memoria de acceso aleatorio).
2. Estructura
Un disco duro forma una caja herméticamente cerrada que contiene dos
elementos no intercambiables: la unidad de lectura y escritura y el disco como
tal.
La unidad es un conjunto de componentes electrónicos y mecánicos que hacen
posible el almacenamiento y recuperación de los datos en el disco.
El disco es, en realidad, una pila de discos, llamados platos, que almacenan
información magnéticamente. Cada uno de los platos tiene dos superficies
magnéticas: la superior y la inferior. Estas superficies magnéticas están
formadas por millones de pequeños elementos capaces de ser magnetizados
positiva o negativamente. De esta manera, se representan los dos posibles
valores que forman un bit de información (un cero o un uno).
 Física
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 una de las dos superficies magnéticas de cada plato se denomina
cara. El número total de caras de un disco duro coincide con su
número de cabezas. Cada una de estas caras se divide en anillos
concéntricos llamados pistas. En los discos duros se suele utilizar el
término cilindro para referirse a la misma pista de todos los discos de
la pila. Finalmente, cada pista se divide en sectores.

2. Los sectores son las unidades mínimas de información que puede leer
o escribir un disco duro. Generalmente, cada sector almacena 512
bytes de información.
El número total de sectores de un disco duro se puede calcular:
nº sectores = nº caras * nº pistas/cara * nº sectores/pista
Por tanto, cada sector queda unívocamente determinado si
conocemos los siguientes valores: cabeza, cilindro y sector. Por
ejemplo, el disco duro ST33221A de Seagate tiene las siguientes
especificaciones: 6.253 cilindros, 16 cabezas y 63 sectores. El número
total de sectores direccionables es:
6.253*16*63 = 6.303.024 sectores

3. Si cada sector almacena 512 bytes de información, la capacidad
máxima de este disco duro será de 6.303.024 sectores * 512
bytes/sector = 3.227.148.228 bytes ~ 3 GB.
Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde el cero y los
sectores desde el uno. En consecuencia, el primer sector de un disco
duro será el correspondiente a la cabeza 0, cilindro 0 y sector 1.
Componentes:
 Cabezales: Son los componentes del disco duro más sensibles y
los principales componentes móviles del disco.
Los cabezales funcionan variando la posición dentro del disco
duro para poder acceder a la información que necesitamos. El
aumento de la densidad magnética y los sistemas de
recuperación de la señal, hace que en la actualidad, estos
componentes del disco duro necesiten de un ajuste y
programación de funcionamiento.
El sistema de funcionamiento consiste en una bobina de cobre
encerrada en un imán (voicecoil), que en función de la
corriente que se le aplique varia su posición para acceder a la
información requerida. Esta pieza lleva en la punta las piezas
cerámicas que son los dispositivos sensibles a los campos
magnéticos que componen la información. Debido a la
debilidad de la señal que generan estos campos magnéticos, el
cabezal dispone de un amplificador de la señal alojado en
chasis de las cabezas (head assembly).
 Tarjeta electrónica:También llamada Placa o PCB, es la parte
del disco duro que se encarga del manejo de los distintos tipos
de componentes del disco duro así como de verificar su
funcionamiento. Es la parte responsable de la comunicación
con el ordenador, en ella se aloja el bus, y la alimentación.Esta
placa es en sí, un pequeño ordenador compuesto por un
microprocesador, memoria ram, los microcontroladores que
manejan los periféricos, como el control de posición, giro del
motor y bus de comunicación.
 Firmware:Es el componente del disco duro de software que
configura el disco duro, y contiene toda la información
necesaria para poner el disco en marcha, comunicarnos con él,
protegerlo e identificarse.
 Motor:También llamado spin, es un eje autorrotante
alimentado por generadores de trenes de pulsos para
mantener una velocidad exacta.El motor está compuesto

4. generalmente por tres juegos de bobinas contrapuestas, que
imprimen el movimiento al eje central que soporta los platos
del disco duro.
 Platos: son los elementos rígidos que albergan la película
magnética en la que se graban nuestros datos.
 Espuma, Eje, imán, carcaza, tapa y tornillos.
 Estructura lógica
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.
Particiones:Cada disco duro constituye una unidad física distinta. Sin
embargo, los sistemas operativos no trabajan con unidades físicas
directamente sino con unidades lógicas. Dentro de una misma unidad

5. física de disco duro puede haber varias unidades lógicas. Cada una de
estas unidades lógicas constituye una partición del disco duro. Esto
quiere decir que podemos dividir un disco duro en, por ejemplo, dos
particiones (dos unidades lógicas dentro de una misma unidad física) y
trabajar de la misma manera que si tuviésemos dos discos duros (una
unidad lógica para cada unidad física).
Como mínimo, es necesario crear una partición para cada disco duro.
Esta partición puede contener la totalidad del espacio del disco duro o
sólo una parte.
Particiones primarias y particiones lógicas: Ambos tipos de
particiones generan las correspondientes unidades lógicas del
ordenador. Sin embargo, hay una diferencia importante: sólo las
particiones primarias se pueden activar. Además, algunos sistemas
operativos no pueden acceder a particiones primarias distintas a la
suya.
Los sistemas operativos deben instalarse en particiones primarias, ya
que de otra manera no podrían arrancar. El resto de particiones que no
contengan un sistema operativo, es más conveniente crearlas como
particiones lógicas.
Diferencias entre una partición y un directorio:Ambas estructuras
permiten organizar datos dentro de un disco duro. Sin embargo,
presentan importantes diferencias:
1) Las particiones son divisiones de tamaño fijo del disco duro; los
directorios son divisiones de tamaño variable de la partición.
2) Las particiones ocupan un grupo de cilindros contiguos del disco
duro (mayor seguridad); los directorios suelen tener su información
desperdigada por toda la partición
3) Cada partición del disco duro puede tener un sistema de archivos
(sistema operativo) distinto; todos los directorios de la partición
tienen el sistema de archivos de la partición.
Estructura lógica de las particiones: Dependiendo del sistema de
archivos utilizado en cada partición, su estructura lógica será distinta.
En los casos de MS-DOS y Windows 95, está formada por sector de
arranque, FAT, copia de la FAT, directorio raíz y área de datos. De
todas formas, el sector de arranque es un elemento común a todos los
tipos de particiones.

6. Todas las particiones tienen un sector de arranque (el primero de la
partición) con información relativa a la partición. Si la partición tiene
instalado un sistema operativo, este sector se encargará de arrancarlo.
Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de una
partición para datos) y se intentara arrancar, mostraría un mensaje de
error.
Sector de arranque: Se crea siempre como primer sector del volumen,
para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se encuentra
información acerca del tamaño, de la estructura del volumen.
FAT:La Tabla de Asignación de Ficheros (File AllocationTable). Cada
entrada a esta tabla se corresponde con un número determinado de
sectores, que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno de
estos grupos de sectores se llama Cluster.
Directorio raíz: Es el primer directorio o carpeta en una jerarquía.
Contiene todos los subdirectorios de la jerarquía.Puede representar
sencillamente un sistema de archivos en particular; de varios que
puede haber en un mismo dispositivo de almacenamiento.
Área de Datos:Es la parte del disco duro en la que se almacena los
datos de un archivo.
Sistema de archivos:Un sistema de archivos es una estructura que
permite tanto el almacenamiento de información en una partición
como su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar en
una partición es necesario asignarle previamente un sistema de
archivos. Esta operación se denomina dar formato a una partición.
 FAT: Este sistema de archivos se basa, como su nombre indica,
en una tabla de asignación de archivos o FAT. Esta tabla es el
índice del disco, es el TOC (tabla de contenidos). Almacena los
grupos utilizados por cada archivo, los grupos libres y los
defectuosos. Como consecuencia de la fragmentación de
archivos, es corriente que los distintos grupos que contienen
un archivo se hallen desperdigados por toda la partición. La

7. FAT es la encargada de seguir el rastro de cada uno de los
archivos por la partición.
 NTFS: (New Technology File System, Sistema de archivos de nueva
tecnología)permite definir el tamaño del grupo (cluster), a partir de
512 bytes (tamaño de un sector) de forma independiente al tamaño
de la partición.
Las técnicas utilizadas para evitar la fragmentación y el menor
desaprovechamiento del disco, hacen de este sistema de archivos el
sistema ideal para las particiones de gran tamaño requeridas en
grandes ordenadores y servidores.
3. Características
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 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. Va
incluida en la controladora interna del disco rígido, de modo que todos
los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan
primeramente en el buffer. La regla de mano aquí es:
 128kb-Menos de 1 GB

8.  256 KB - 1GB,
 512 KB - 2 GB o mayores.
Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la
computadora. Puede ser:
 IDE/ATA:IntegratedDeviceElectronics ("Dispositivo
electrónico integrado") o ATA
(AdvancedTechnologyAttachment), controla los dispositivos
de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y
ATAPI (AdvancedTechnologyAttachmentPacket Interface)
Hasta aproximadamente el 2004, el estándar principal por su
versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados.
 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 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
posibilita una mayor velocidad de transferencia.
 SATA (Serial ATA): 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.
 Firewire:El IEEE 1394 (conocido como FireWire por Apple Inc.
y como i.Link por Sony) es un estándar multiplataforma para
la entrada y salida de datos en serie a gran velocidad.Su
velocidad hace que sea la interfaz más utilizada para audio y
vídeo digital. Así, se usa mucho en cámaras de vídeo, discos
duros, impresoras, reproductores de vídeo digital, sistemas
domésticos para el ocio, sintetizadores de música y
escáneres.Existencuatroversiones:FireWire 400 (IEEE 1394-

9. 1995),FireWire 800 (IEEE 1394b-2000), FireWire s1600 y
s3200 (IEEE 1394-2008), FireWire s800T (IEEE 1394c-2006).
 Serial Attached SCSI: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 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.
Landz: Zona sobre las que aparcan las cabezas una vez se apaga la
computadora.
4. Funcionamiento
En primer lugar, cada superficie magnética tiene asignado uno de los cabezales
de lectura/escritura de la unidad. Por tanto, habrá tantos cabezales como
caras tenga el disco duro y, como cada plato tiene dos caras, este número
equivale al doble de platos de la pila. El conjunto de cabezales se puede
desplazar linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila de platos
mediante un brazo mecánico que los transporta. Por último, para que los
cabezales tengan acceso a la totalidad de los datos, es necesario que la pila de
discos gire. Este giro se realiza a velocidad constante y no cesa mientras esté
encendido el ordenador.
Cada vez que se realiza una operación de lectura en el disco duro, éste tiene
que realizar las siguientes tareas:
Desplazar los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde
empiezan los datos.
Esperar a que el primer dato, que gira con los platos, llegue al lugar
donde están los cabezales.
Leer el dato con el cabezal correspondiente.
La operación de escritura es similar a la explicada anteriormente.

10. Para mejorar el tiempo de acceso suelen leerse varios sectores consecutivos o
el mismo conjunto de sectores pero de distintas cabezas (cilindro). De esa
forma se puede obtener simultáneamente con un único posicionamiento al
menos 512 bytes de cada una de las caras (habitualmente 4-8, lo que significa
2-4 Kb de información en un movimiento).
5. Tipos
Porsu ubicación
 Interna.
 Externa. (conectándose al PC mediante un cable USB, Firewire
o eSATA)
Por sutamaño
 5,25 pulgadas (antiguas)
 3,5" pulgadas (PC de escritorio)
 1,8 pulgadas (PC portátil)
II. Tecnología de discos
 HDD (Hard Disk Drive): 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.
 SDD (Solid State Drive): Dispositivo de almacenamiento de datos que usa una
memoria no volátil, como la memoria flash, o una memoria volátil como la SDRAM,
para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios magnéticos encontrados en
los discos duros convencionales. En comparación con los discos duros
tradicionales, las unidades de estado sólido son menos susceptibles a golpes, son
prácticamente inaudibles y tienen un menor tiempo de acceso y de latencia.
 Híbrido(HDD-SSD): Los discos duros híbridos son discos tradicionales a los que se
añade una caché de datos implementada mediante memoria NAND Flash no
volátil.