Discos Duros

Discos Duros
Pérez Vega, Jared
Sabnani Vaswani, Vijay
Indice
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Definición de disco duro
Avances en la tecnología de los discos duros
Tipos
Funcionamiento
Componentes Básicos
Características
Definición
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Un disco duro se utiliza para almacenar
grandes cantidades de información de manera
no volátil.
Está compuesto por unos platos de aluminio
dónde se almacena la información. A
diferencia de los disquetes éstos platos no se
pueden doblar, de ahí el nombre “disco duro”.
Avances en los discos duros
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Cada vez los discos duros tienden a pesar
menos y a almacenar más.
En 1983 los discos duros tenían una
capacidad de 10 MB y pesaban 2.5 Kg.
En la actualidad podemos encontrar discos
duros de 500 GB y que pesan 0.70 Kg.
Avances en los discos duros
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En cuánto a transferencia de datos también
vemos como aumenta su velocidad.
En 1983 se alcazaba una velocidad media de
100 KBps.
Actualmente con la interfaz Serial ATA se
alcanzan los 66 MBps (ésta interfaz alcanza
los 300 MBps, por lo que se observa que la
velocidad está limitada por el disco duro).
Avances en los discos duros
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Otro aspecto que ha evolucionado de los
discos duros es el tiempo de búsqueda (cuánto
tarda en mover el cabezal de lectura a un
determinado cilindro), pasando de los 85 ms
en 1983 a los 3.3 ms actualmente.
Actualmente un disco de 160 GB cuesta 45€.
En 1983 un disco de 10 MB costaba 1.500€.
Tipos de Disco Duro
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Parámetros de Forma.
Disco de 5 ¼”
Disco de 3 ½”
Disco de 2 ½”
Disco de 1.8”
Disco de 1”
Factores de Forma
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Los discos duros pueden estar formados por
componentes de diferentes fabricantes.
Todos éstos componentes siguen unos
factores de forma que permiten
compatibilizarlos con los demás componentes.
Ha habido muchos factores de forma estándar,
normalmente se identifican por el tamaño del
disco.
Disco de 5 ¼”
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Se introdujo en 1976 con las primeras
disqueteras.
En 1980 salió el primero disco duro de 5 ¼”
(modelo ST-506 de Seagate Technologies) de
5 MB de capacidad.
Los primeros PCs también usaron este modelo
de disco.
Disco de 3 ½”
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Sony los introdujo en 1981 en las disqueteras.
Estos discos fueron incorporados en sus
equipos por grandes compañías como IBM,
Apple y HP, lo que le dio popularidad y se
convirtió en el nuevo estándar.
Disco de 2 ½”
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PrairieTek lo introdujo en 1988, el cuál resultó
ser ideal para portátiles.
Como la venta de portátiles aumentó, todas las
empresas empezaron a sacar éstos discos.
En 1994 Conner Peripherals pagó 18 millones
de dólares a PrairieTek por su tecnología.
Después PrairieTek se fue a la quiebra.
Disco de 1.8”
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Fue introducido por Integral Peripherals en
1991, pero tuvo problemas de aceptación.
Algunas compañías siguen fabricando estos
discos que pueden alcanzar los 60 GB.
Disco de 1”
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Durante 1998 IMB introdujo los discos de 1”
llamados MicroDrive.
Las versiones actuales del MicroDrive
alcanzan los 4 GB.
En 2004 Toshiba introdujo el disco mas
pequeño hasta ahora, de 0.85”. No está
diseñado para PCs.
Funcionamiento
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Los discos duros están formados por unos
discos giratorios y cabezales que se mueven
sobre los discos que guardan datos en pistas y
sectores.
Los cabezales leen y escriben en anillos
concéntricos llamados pistas, las cuáles se
dividen en sectores.
Funcionamiento
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Los cabezales durante operaciones normales, no
deberían tocar los platos. Sin embargo en muchos
discos, cuando se apaga el ordenador el cabezal
descansa sobre el plato (CSS).
Cuando el disco empieza a girar el aire que se genera
entre el cabezal y el plato permite su separación.
Hay discos que no usan CSS sino que usan un
mecanismo de carga/descarga en el cuál el cabezal
nunca toca el disco.
Pistas y Sectores
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Una pista es un anillo de datos (también
llamado cilindro). Como las pistas pueden
guardar grandes cantidades de datos resultan
ineficientes a la hora de guardar datos
pequeños, por lo que se dividen en sectores.
Cada sector contiene 512 bytes de datos.
Formateo del Disco
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Antes de escribir información en el disco es necesario
realizar dos formateos:
El físico (nivel bajo).
El lógico (nivel alto).
Además de los formateos hace falta un proceso más
que se realiza entre ellos que es el de escribir la
información de particionamiento ya que los discos
duros están diseñados para soportar muchos sistemas
operativos.
Formateo de Nivel Bajo
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Durante este formateo las pistas se dividen en
número específico de sectores y se rellenan
con unos datos predeterminados que se usan
para pruebas.
Casi todos los discos utilizan ZBR (zoned-bit
recording) que escriben un numero variable de
sectores por pista.
Particionamiento
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Crear una partición en un disco duro permite
crear sistemas de archivos separados. Cada
sistema tiene sus propios métodos para
localizar espacios para archivos en unidades
lógicas clusters.
Particionamiento
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Existen 3 tipos de sistemas de archivos:
FAT (File Allocation Table). Utilizado por DOS y
Windows9x/Me. Usaban números de 12-16 bits para
identificar clusters. Por lo que las particiones
alcanzaban 2 GB.
FAT32 (FAT 32 bits). Para Windows 95,98,Me,
2000/XP. Usan 32-bits por lo que alcanzan 2 TB.
NTFS (Windows NT File System). Para NT/2000/XP.
Soporta nombres de archivos de hasta 256 caracteres.
Alcanzan 16 exabytes.
Formateo de Nivel Alto
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Durante el formateo de alto nivel el SO escribe
las estructuras necesarias para manejar
ficheros y datos en el disco.
Básicamente se trata de la creación de una
tabla de contenidos que permite al SO manejar
el espacio en el disco, saber donde está un
determinado archivo e incluso controlar zonas
defectuosas para que no causen problemas.
Componentes del Disco Duro
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Platos
Cabezales de lectura/escritura
Actuador
Motor de Movimiento
Placa Lógica
Cables y Conectores
Jumpers y Switches
Platos
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Un disco duro tiene uno o más platos cuyo
tamaño determina el tamaño del disco.
Platos
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La mayoría de los discos duros tienen dos ó
más platos (hasta incluso 12) los cuáles están
hechos de aluminio/magnesio.
Estos platos están recubiertos de una fina
capa de una sustancia que retiene el
magnetismo llamado “medio”.
Platos
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Hay tres tipos de medios:
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Medio Óxido: fueron los primeros en salir por su bajo coste y
su fácil uso, pero se rompían fácilmente.
Medio de Capa Fina: es más fino y más duro, por lo que tiene
más posibilidad de soportar el contacto con los cabezales sin
romperse. Es el que se usa actualmente.
Medio AFC: están formados por dos capas separadas por una
lámina de 3 átomos de grosor de rutenio.
Cabezales de Lectura y Escritura
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Cada plato está conectado a 2 cabezales de
lectura/escritura, uno por arriba y otro por
abajo.
Los cabezales y los platos tienen una
separación muy pequeña por lo que no se
debe abrir la carcasa del disco duro a menos
que estamos es un ambiente muy limpio
porque cualquier mota de polvo podría dañar
los platos mientras giran a gran velocidad.
Actuador
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Es el mecanismo que mueve los cabezales a
través de los discos y los coloca de forma
precisa sobre los cilindros deseados.
Hay 2 tipos de actuadores:
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Stepper motor actuators
Voice coil actuators
Actuador
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El Stepper Motor es un motor eléctrico que se
mueve de una posición a otra gracias a unos
dispositivos mecánicos. Estas posiciones son
fijas, por lo que los motores no se pueden
colocar en otro sitio que no sea esta posición.
Cuando los platos se calientan y enfrían se
contraen y se expanden por lo que se mueven
en relación a esas posiciones por lo que estos
actuadores no funcionan bien siempre.
Actuadores
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El Voice Coil usa una señal del disco para
determinar la posición de los cabezales y
moverlos a dónde sea necesario. No tiene
unas posiciones fijas sino que utiliza un
sistema de guía llamado “servo” para colocar
los cabezales.
Como no tiene posiciones fijas, no tiene los
problemas del anterior.
Actuadores
Actuadores
Actuadores
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Hay dos tipos de Voice Coil:
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Linear Voice Coil: Mueve los cabezales en línea recta a través
del plato. Su principal problema es el el peso de los
dispositivos lo que hace que las búsquedas sean lentas.
Rotary Voice Coil: Es igual que el Linear sólo que en su
extremo hay un brazo actuador que mueve los cabezales
sobre la superficie del disco. Debido al efecto palanca del
brazo, los cabezales se mueven mas rápidos que el actuador,
por lo que la búsqueda se hace más rápida. Su desventaja es
que al ir moviéndose hacia los cilindros interiores se desplaza
con respecto a la tangente de los cilindros.
Actuadores
Actuadores
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En los discos duros que usan CSS (Contact
Start Stop) cuando se apaga el ordenador los
cabezales se apoyan sobre el disco. Hay que
tener cuidado de que lo haga en una zona en
la que no haya datos.
Antiguamente había que hacerlo manualmente
ejecutando un software que lo hiciera. Ahora
los discos tienen un sistema automático que lo
hace.
Actuadores
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En cuánto a las corrientes de aire en el interior
del disco,distinguimos dos filtros:
–
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El filtro de recirculación: que se encarga de filtrar
las pequeñas partículas que se desprenden de los
discos .
El filtro barométrico: se encarga de igualar la
presión del interior del disco con el exterior.
También evita que las partículas de polvo del
exterior entren dentro.
Actuadores
Actuadores
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Cómo los discos duros tienen filtros la
humedad puede entrar dentro de ellos y en
ocasiones la humedad dentro del disco es
igual al exterior. En estos casos se recomienda
no encender el ordenador y dejarlo reposar un
tiempo para que la humedad desaparezca.
Actuadores
Temperatura
Ambiente Previa
4 ºC
-1 ºC
-7 ºC
-12 ºC
-18 ºC
-23 ºC
-29 ºC
-34 ºC
Tiempo de Espera
13 horas
15 horas
16 horas
17 horas
18 horas
20 horas
22 horas
27 horas
Motor de Movimiento
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Es el motor que hace girar los platos. Están
conectados directamente a ellos y deben estar
aislados del ruido y de las vibraciones para
evitar problemas.
Su velocidad va desde lo 3.600 rpm hasta los
15.000 rpm.
Motor de Movimiento
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Tradicionalmente los motores han usado
rodamiento con bolitas en su diseño. Pero
debido al aumento de la densidad de los
discos éstas se están quedando obsoletas.
Existe un nuevo modelo de rodamiento
llamado de “fluido dinámico” que usa un líquido
lubricante muy viscoso para el contacto entre
la bobina y los demás componentes.
Placa Lógica
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Es la que controla la rotación del motor y el
actuador.
La mayoría de los fallos en los discos duros se
producen en la placa lógica. Pero éstas no se
venden por separado por lo que hay que
comprar un nuevo disco duro.
Cables y Conectores
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Existen tres tipos de conectores:
–
–
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Conectores de interfaz: llevan datos y órdenes entre
el disco duro y el sistema.
Conectores de corriente: la corriente se suministra
mediante un conector de 4 pines. Los discos duros
usan 5 y 12 voltios. Doce para el motor y el
actuador y 5 para la circuitería.
Conectores de tierra (opcionales): es una conexión
especial a tierra entre el disco duro y el chasis.
Jumpers y Switches
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Para conectarlos al sistema se necesitan
muchos jumpers los cuáles dependen del tipo
de interfaz que soporta el disco.
Características
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Capacidad
Rendimiento
Fiabilidad
Coste
Capacidad
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“Los datos se expanden de manera que llenan todo el
espacio disponible para su almacenamiento”.
Debido a esto hay una tendencia a adquirir discos
duros con la mayor capacidad posible para poder
almacenar fotos, videos, música, sistemas operativos,
aplicaciones, juegos, etc.
Los discos duros actuales pueden almacenar todo esto
peros quedarse sin espacio puede ser bastante
perjudicial ya que los SO usan una gran cantidad de
espacio para archivos temporales y memoria virtual.
Capacidad
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Las limitaciones de la capacidad dependen de la
interfaz.
Cuándo ATA se creó en 1986 tenía una limitación de
137 GB.
Las ediciones de la BIOS limitaron la capacidad a 528
MB hasta 1994 y 8.4 GB hasta 1998.
Con la salida del ATA-6 se aumento el
direccionamiento hasta alcanzar el límite de 144 PB.
Rendimiento
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Una característica importante de los discos
duros es su velocidad. La cuál se suele medir
de dos maneras:
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Velocidad de Transferencia
Tiempo de Acceso Medio
Rendimiento
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Existen dos Velocidades de Transferencia: la
velocidad de transferencia media que es la velocidad a
la que se lee y escribe información y la velocidad de la
interfaz que es cuánto tarda la información en ser
transmitida entre la placa base y el buffer el disco
duro.
Un aspecto a tener en cuenta es la velocidad a la que
giran los platos ya que cuánto más rápido giren más
velocidad de transferencia tendrá.
Rendimiento
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Dos factores son importantes en la velocidad
de transferencia de un disco duro :
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La velocidad de rotación
La densidad de grabado (número de sectores por
pista)
Rendimiento
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El tiempo de acceso medio se calcula como la
suma de dos características:
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Tiempo de búsqueda: es el tiempo que se tarda en
mover el cabezal de un cilindro a otro cualquiera.
Latencia: es el tiempo que transcurre hasta que un
sector esté disponible después de que el cabezal se
coloque en su pista.
Fiabilidad
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Una medida de la fiabilidad es el MTBF (Mean
Time Between Failures). Ésta medida no es
muy fiable.
Otra medida es el SMART (Self-Monitoring,
Analysis and Reporting Technology). En la que
se monitorean algunas características que son
susceptibles a fallos.
Coste
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En 1983 un disco duro de 10 MB costaba
alrededor de $1.800.
Actualmente un disco duro de 500 GB cuesta
69€.
Cada vez los discos duros tienen más
capacidad y menor coste.