Discos duros

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Discos duros

  1. 1. DiscoI. 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. 2. Los sectores son las unidades mínimas de información que puede leero escribir un disco duro. Generalmente, cada sector almacena 512bytes de información.El número total de sectores de un disco duro se puede calcular: nº sectores = nº caras * nº pistas/cara * nº sectores/pistaPor tanto, cada sector queda unívocamente determinado siconocemos los siguientes valores: cabeza, cilindro y sector. Porejemplo, el disco duro ST33221A de Seagate tiene las siguientesespecificaciones: 6.253 cilindros, 16 cabezas y 63 sectores. El númerototal de sectores direccionables es: 6.253*16*63 = 6.303.024 sectores
  3. 3. Si cada sector almacena 512 bytes de información, la capacidadmáxima de este disco duro será de 6.303.024 sectores * 512bytes/sector = 3.227.148.228 bytes ~ 3 GB.Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde el cero y lossectores desde el uno. En consecuencia, el primer sector de un discoduro 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. 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. 5. física de disco duro puede haber varias unidades lógicas. Cada una deestas unidades lógicas constituye una partición del disco duro. Estoquiere decir que podemos dividir un disco duro en, por ejemplo, dosparticiones (dos unidades lógicas dentro de una misma unidad física) ytrabajar de la misma manera que si tuviésemos dos discos duros (unaunidad 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 osólo una parte.Particiones primarias y particiones lógicas: Ambos tipos departiciones generan las correspondientes unidades lógicas delordenador. Sin embargo, hay una diferencia importante: sólo lasparticiones primarias se pueden activar. Además, algunos sistemasoperativos no pueden acceder a particiones primarias distintas a lasuya.Los sistemas operativos deben instalarse en particiones primarias, yaque de otra manera no podrían arrancar. El resto de particiones que nocontengan un sistema operativo, es más conveniente crearlas comoparticiones lógicas.Diferencias entre una partición y un directorio:Ambas estructuraspermiten 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 partición3) 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 dearchivos utilizado en cada partición, su estructura lógica será distinta.En los casos de MS-DOS y Windows 95, está formada por sector dearranque, FAT, copia de la FAT, directorio raíz y área de datos. Detodas formas, el sector de arranque es un elemento común a todos lostipos de particiones.
  6. 6. Todas las particiones tienen un sector de arranque (el primero de lapartición) con información relativa a la partición. Si la partición tieneinstalado un sistema operativo, este sector se encargará de arrancarlo.Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de unapartición para datos) y se intentara arrancar, mostraría un mensaje deerror.Sector de arranque: Se crea siempre como primer sector del volumen,para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se encuentrainformación acerca del tamaño, de la estructura del volumen.FAT:La Tabla de Asignación de Ficheros (File AllocationTable). Cadaentrada a esta tabla se corresponde con un número determinado desectores, que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno deestos 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 representarsencillamente un sistema de archivos en particular; de varios quepuede haber en un mismo dispositivo de almacenamiento.Área de Datos:Es la parte del disco duro en la que se almacena losdatos de un archivo.Sistema de archivos:Un sistema de archivos es una estructura quepermite tanto el almacenamiento de información en una particióncomo su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar enuna partición es necesario asignarle previamente un sistema dearchivos. 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. 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. 8.  256 KB - 1GB,  512 KB - 2 GB o mayores.Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y lacomputadora. 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. 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. 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.

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