El disco duro es el principal soporte de almacenamiento de datos

DISCO DURO
El disco duro es el principal soporte de
almacenamiento de datos de un ordenador. Contiene
el sistema operativo, todos los programas y el resto
de los datos. Es muy rápido y fiable y no pierde
información al apagar el ordenador. Antes de la
aparición de los discos duros, los programas se
almacenaban en planchas agujereadas de papel,
bandas magnéticas o disquetes.
Un disco duro se compone de varios elementos; citaremos los más importantes para
entender mejor su funcionamiento. La información se almacena en unos platos o discos
finos, generalmente de aluminio, recubiertos por un material sensible a alteraciones
magnéticas. Estos discos, cuyo número varía según la capacidad de la unidad, se
encuentran agrupados uno sobre otro y atravesados por un eje, y giran continuamente a
gran velocidad.
Cada uno de los discos posee dos diminutos cabezales de lectura/escritura, uno en cada
cara. Estos cabezales se encuentran flotando sobre la superficie del disco sin llegar a
tocarlo, a una distancia de unas 3 o 4 micropulgadas. Estos cabezales generan señales
eléctricas que alteran los campos magnéticos del disco, dando forma a la información;
dependiendo de la dirección hacia donde estén orientadas las partículas, valdrán 0 o
valdrán 1.
La distancia entre el cabezal y el plato del disco también determina la densidad de
almacenamiento del disco duro, ya que cuanto más cerca estén el uno del otro, más
pequeño es el punto magnético y más información podrá albergar.
Como hemos comentado, los discos giran continuamente a gran velocidad; la velocidad
de rotación incide directamente en el rendimiento de la unidad, concretamente en el
tiempo de acceso. Es el parámetro más usado para medir la velocidad de un disco duro,
y lo forman la suma de dos factores: el tiempo medio de búsqueda y la latencia; el
primero es lo que tarda el cabezal en desplazarse a una pista determinada, y el segundo
es el tiempo que emplean los datos en pasar por el cabezal.
Si se aumenta la velocidad de rotación, la latencia se reduce; en las antiguas unidades
era de 3.600 rpm (revoluciones por minuto), lo que daba una latencia de 8,3 ms. La
mayoría de los discos duros actuales giran ya a 7.200 rpm, con lo que se obtienen 4,17
ms de latencia. Y actualmente, existen discos de alta gama aún más rápidos, de 10.000
rpm.
En cuanto a la estructura del disco, la superficie se divide en una serie de anillos
concéntricos, denominados pistas. Al mismo tiempo, las pistas son divididas en tramos
de una misma longitud, llamados sectores; normalmente un sector contiene 512 bytes.
Otro concepto es el de cilindro, usado para describir las pistas que tienen el mismo
número pero en diferentes discos. Finalmente, los sectores suelen agruparse en clusters
o unidades de asignación.
El primer disco duro utilizado en un PC tenía una capacidad de almacenamiento de 10
MBytes. Era más grueso, medía 15 cm de ancho y 20 cm de largo y pesaba cerca de 5
kg. Todas estas variaciones morfológicas se deben al continuo refinamiento de los
materiales y al consiguiente aumento de la densidad acumulativa, así como a la mejora
de los métodos de almacenamiento y al perfeccionamiento y optimización de los
componentes electrónicos.
Las unidades de disco duro pueden adquirirse en formato de 3,5 pulgadas, aunque
también existen de 2,5 pulgadas para los ordenadores portátiles y otros tamaños
especiales para otros dispositivos, que pueden alcanzar capacidades muy elevadas
(varios cientos de GB).
A diferencia de las unidades de disquete y de otros dispositivos de almacenamiento, las
unidades de disco duro están selladas. El medio portador de datos no puede ser extraído
(los platillos o discos internos), por ello, el término común de disco duro suele hacer
referencia a la unidad en su conjunto (carcasa exterior y componentes internos).
Un disco duro está formado por una serie de discos o platillos apilados unos sobre otros
dentro de una carcasa impermeable al aire y al polvo. Son de aluminio y van recubiertos
de una película plástica sobre la que se ha diseminado un fino polvo de óxido de hierro
o de cobalto como material magnético.
Los más comunes son los platillos de 3,5 pulgadas (8,9 cm). Cada disco tiene dos caras
ya cada una de ellas le corresponde una cabeza de lectura/escritura soportada por un
brazo. En la práctica, estos brazos situados entre dos platillos contienen dos cabezas de
lectura/escritura. La palabra cabeza se utiliza para designar a una cara. Así, se dirá por
ejemplo, que un disco de siete platillos donde se emplean todas las caras, tiene catorce
cabezas.
La superficie de los platillos se divide en pistas concéntricas numeradas desde la parte
exterior empezando por la pista número 0. Cuántas más pistas tenga un disco de una
dimensión determinada, más elevada será su densidad, y por tanto, mayor será su
capacidad.
Todas las cabezas de lectura/escritura se desplazan a la vez, por lo que es más rápido
escribir en la misma pista de varios platillos que llenar los platillos uno después de otro.
El conjunto de pistas del mismo número en los diferentes platillos se denomina cilindro.
Así por ejemplo, el cilindro 0 será el conjunto formado por la pista 0 de la cara 0, la
pista 0 de la cara 1, la pista 0 de la cara 2, la pista 0 de la cara 3, etc. Un disco duro
posee, por consiguiente, tantos cilindros como pistas hay en una cara de un platillo.
Las pistas están divididas a su vez en sectores con un número variable de 17 a más de
50. Estos sectores poseen varios tamaños: los situados más cerca del centro son más
pequeños que los del exterior, aunque almacenan, sin embargo, la misma cantidad de
datos, 512 bytes. La densidad, pues, es mayor en los sectores internos que en los
externos.
Esto nos llevaría a preguntamos por qué no se aumenta la capacidad de los discos
colocando más sectores en las pistas exteriores que en las interiores. La respuesta es
simple, porque hasta ahora no ha merecido la pena obtener ese aumento de capacidad a
cambio de una organización más complicada de la información. Es más fácil controlar
pistas que tienen todas un mismo número de sectores que aquellas en las que el número
de sectores varia dependiendo de la posición de la misma. Los discos duros más
modernos que utilizan un procedimiento denominado Zone-bit-recording colocan un
número de sectores distinto en función del diámetro de la pista.
En los discos duros más antiguos el número de sectores es el mismo para cada pista.
Seria lógico pensar que todos los discos duros tienen un número par de cabezas ya que
hay un número par de caras de los platillos. Sin embargo, en la práctica, una cara de un
platillo puede contener informaciones específicas que sirven para el posicionamiento de
las cabezas. Por este motivo, hay discos que tienen un número impar de cabezas. De
igual forma, es posible reservar también uno o varios cilindros.
La capacidad neta de un disco duro viene dada por la siguiente fórmula:
Capacidad = Bytes por sector x Número de sectores x Número de cilindros x Número de
cabezas
El número de pistas o cilindros, el de las caras de los platillos y el de los cabezales viene
determinado físicamente por el fabricante. Por otro lado, la cantidad de sectores
depende del procedimiento de grabación y de la densidad de los datos que vayan a
almacenarse en el disco. Este factor se establece por la calidad de la película con que se
haya recubierto la superficie de las láminas o placas.
En cuanto a la capacidad neta de un disco duro, esta denominación corresponde, en
realidad, a la capacidad disponible después de darle formato. A menudo, lo que aparece
en la documentación técnica de los discos duros es su capacidad en bruto. El volumen
neto es, por supuesto, inferior, porque en él ya se ha descontado el espacio requerido
para la gestión del disco duro.
Por poner un ejemplo, en unidades con varios cientos de MBs la diferencia entre los
valores neto y bruto puede alcanzar fácilmente los 30 MB 0 los 50 MB. En un disco
duro con una capacidad bruta de 2.000 MB (2 GB) el espacio neto disponible alcanza,
como mucho, los 1.700 MB. La diferencia es, por tanto, bastante sustancial.
La interfaz IDE
La interfaz IDE (Integrated Drive Electronics,
electrónica de unidades integradas), se utiliza para
conectar a nuestro ordenador discos duros y
regrabadoras o lectores de CD/DVD y siempre ha
destacado por su bajo coste y, últimamente,
también por su alto rendimiento, equiparable al de
las unidades SCSI, que poseen un coste superior.
La mayoría de las unidades de disco (dispositivos de almacenamiento de datos como
discos duros, lectores de CD-ROM o DVD, etc.) actuales utilizan este interfaz debido
principalmente a su precio económico y facilidad de instalación, ya que no es necesario
añadir ninguna tarjeta a nuestro ordenador para poder utilizarlas a diferencia de otras
interfaces como SCSI (que veremos más adelante), ya que todas las placas base actuales
incluyen dos canales IDE a los que podremos conectar hasta cuatro dispositivos IDE
(dos en cada canal). En multitud de ocasiones, la controladora IDE venía integrada en la
tarjeta de sonido.
La normativa ATA (Advanced Technology Attachment, conector de tecnología
avanzada) se define por primera vez en el año 1988 utilizando el obsoleto modo PIO
(Programmed Input Output, entrada y salida programada) para transmitir datos. Hablar
de interfaz ATA es lo mismo que hablar de interfaz IDE, puesto que ambas tecnologías
han estado siempre ligadas.
El principal inconveniente de este modo es que es necesaria la intervención del
procesador para la transmisión de los datos, por lo que el rendimiento del sistema se ve
afectado.
Debido al bajo rendimiento de este modo y al uso que hacían del procesador, en 1998
nace un nuevo modo de transmisión de datos, conocido como Ultra ATA que hace uso
de un bus DMA (Direct Memory Access, acceso directo a la memoria) y no requiere la
intervención del procesador para la transferencia de datos. Además, este estándar ha ido
evolucionando y actualmente alcanza velocidades de hasta 133 MB/s.
Ha pasado a llamarse PATA (Parallel ATA) debido a la aparición de la interfaz SATA
(Serial ATA) que trataremos a continuación.
Serial ATA
Esta interfaz ha sido diseñada para
sobrepasar los límites de la interfaz Parallel
ATA. La interfaz Serial ATA será
totalmente compatible con todos los
sistemas operativos actuales y poco a poco
irá sustituyendo a la interfaz PATA, aunque
ambos sistemas convivirán durante cierto
tiempo. Cabe destacar que las placas base
actuales soportan ambos tipos de interfaces.
Gracias a esta interfaz, podremos obtener unas mayores velocidades (inicialmente hasta
150 MB/s, aunque en siguientes versiones esta cifra se dobla y posteriormente llega a
los 600 MB/s), crear discos duros de mayor capacidad y reducir el consumo eléctrico de
las unidades. Además, el cable mediante el cual la unidad se conecta a la placa base es
mucho más pequeño (tan sólo tiene siete conectores), lo que ayuda a mejorar la
ventilación y es menos sensible a las interferencias, por lo que se podrán crear cables
más largos sin ningún problema.
La interfaz SCSI
La interfaz SCSI ha sido tradicionalmente el
estándar para conectar dispositivos que
necesitaran unas velocidades de transferencias
elevadas, como discos duros destinados a
edición de audio y vídeo. Sus principales
características son:
Sin embargo, las unidades IDE han avanzado
mucho y, aunque no las alcanzan aún en prestaciones, cada vez están más cerca. Sin
embargo, la mayor ventaja que poseen los dispositivos IDE es el precio: para la misma
capacidad, un dispositivo IDE puede costar un 30% o hasta un 50 % menos. Además,
todas las placas base actuales incluyen una controladora IDE por lo que, al contrario que
ocurre con las unidades SCSI, no necesitaremos añadir a nuestro sistema una
controladora SCSI mediante un bus PCI.