Los discos duros

1. Definición
Los discos duros constituyen la unidad de almacenamiento principal del ordenador, donde se almacenan permanentemente una gran cantidad de datos y programas. Constituyen la memoria de almacenamiento masivo.
Esta información que almacena no puede ser procesada directamente por el microprocesador, sino que, en un paso previo, deben transferirse a la memoria central donde pueden manejarse.
Las unidades de los discos duros contienen 2 o más discos {platillos) apilados sobre un eje central y aislados completamente del exterior. Los elementos móviles que poseen están mucho mejor construidos. El sistema gira rápidamente y los discos son de mayor densidad. Esto hace que la capacidad de los discos duros sea mucho mayor que la de los discos flexibles.
2. Características físicas
El primer disco duro utilizado en un PC tenía una capacidad de almacenamiento de 10 Mbyte. Era más grueso, medía 15 cm de ancho y 20 cm de largo y pesaba cerca de 5 kg. Las diferencias son tremendas respecto a los discos duros actuales. 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.

Disco actual y disco de 70 Mbyte
Las unidades de disco duro pueden adquirirse en formato de 3,5 o de 5,25 pulgadas, aunque también existen de 2 pulgadas para los ordenadores portátiles y otros tamaños especiales para otros dispositivos, que pueden alcanzar capacidades muy elevadas (varios cientos de Gbytes).
A diferencia de las unidades de disquete y de otros dispositivos de almacenamiento, las unidades de disco duro están, por así decirlo, lacradas. 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).
3. Partes de un disco duro
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 polvillo 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 todo un mismo número de sectores que aquellas en las que el número de sectores varía 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. Sería 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.

Anteriormente nos hemos referido 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 MBytes la diferencia entre los valores neto y bruto puede alcanzar fácilmente los 30 MBytes 0 los 50 MBytes. En un disco duro con una capacidad bruta de 2.000 MBytes (2 Gigas) el espacio neto disponible alcanza, como mucho, los 1.700 MBytes .La diferencia es, por tanto, bastante sustancial.
4. Funcionamiento
Al igual que los disquetes, los discos duros constan de cuatro componentes principales: el motor de impulsión, los cabezales de lectura y escritura, el motor paso a paso y los circuitos de control, tal y como vimos en la página anterior.
En la parte inferior del disco duro se encuentra una tarjeta de circuito impreso {circuitos de control) que recibe los comandos de la controladora de la unidad (la clásica tarjeta controladora de discos duros), la cual es controlada a su vez por el sistema operativo. Esta tarjeta traduce esos comandos en fluctuaciones de voltaje que fuerzan el movimiento de las cabezas de lectura/escritura a través de la superficie de los platillos. Por otro lado, la tarjeta de control también asegura que el eje de esos platillos tenga una velocidad constante e informa a la unidad de cuándo debe leer o escribir sobre el disco. En un disco duro IDE, el controlador es parte integral de esta tarjeta.
Un eje, conectado a un motor eléctrico de impulsión, efectúa, en ocho capas como máximo de platillos magnéticos, miles de giros por minuto (normalmente 3.600 aunque, en discos duros más modernos, puede llegar a 4.500 e incluso 11.000). La composición del revestimiento magnético y la cantidad de platillos determinan la capacidad de la unidad. La unidad se mantiene a este ritmo de rotación hasta que se interrumpe el suministro de corriente, ya que llevaría demasiado tiempo situarla a esa velocidad antes de cada acceso. El dispositivo de control de las revoluciones se ocupa de verificar que el índice de velocidad no varie en más de un 0,5%.
El motor paso a paso coloca y empuja el grupo de brazos o cabezales de lectura/escritura sobre las superficies de los platillos con gran precisión. Alinea las cabezas y las pistas que están formadas por circulos concéntricos en la superficie de los platillos. Los cabezales de lectura/escritura incluidos en los extremos de los brazos en movimiento, avanzan al unísono a través de la superficie de los platillos giratorios del disco duro.
Las cabezas escriben la información procedente del controlador de disco en los platillos, alineando las partículas magnétícas en la superficie de éstos. También se encargan de leer la información y detectan las polaridades de las partículas que ya fueron alineadas. Cuando el usuario o el software pide al sistema operativo que lea o escriba un determinado sector del disco, el sistema operativo ordena a la controladora del disco duro que mueva los cabezales de lectura/ escritura sobre la pista que contiene ese sector. Los cabezales sólo tienen que esperar a que ese sector pase exactamente por debajo de ellos, para leer o escribir sobre él.
5. Esritura y lectura de datos
A diferencia de lo que sucede en las unidades de disquete, la cabeza de lectura y escritura no reposa sobre el soporte de datos, ya que a velocidades de rotación muy elevadas podría provocar agresiones graves en la cabeza y en el platillo. Por lo tanto, flota sobre la superficie del disco. Es el desplazamiento de las capas de aire arrastradas por el movimiento de rotación de la superficie del disco el que provoca, por un fenómeno aerodinámico, el despegue de las cabezas y su colocación a una distancia de 0,5 micras por encima de la superficie. Esto plantea varíos problemas.
En primer lugar, durante el funcionamiento debe evitarse que se introduzca alguna partícula en el espacio situado entre el disco y la cabeza de lectura. Si llegara a introducirse alguna, sufrían daños importantes tanto la cabeza como la superficie del disco. Por este motivo, los discos duros están protegidos herméticamente al paso del aire por carcasas que no deben ser abiertas.
Un disco duro, mientras está funcionando, no puede ser movido debido a la cercanía de la cabeza y el disco. No haría falta un gran golpe para que la cabeza dañase la superficie del disco y, por lo tanto, se enviarían continuos mensajes de error de lectura y escrítura o bien se encontrarían sectores defectuosos. Por otro lado, cuando el disco no está en funcionamiento, la cabeza de lectura/escritura debe reposar sobre la superficie magnética. Se produce un "despegue" de la cabeza cuando se conecta la corriente y un "aterrizaje" cuando se interrumpe dicha corriente. Durante estas dos fases, la cabeza roza la superficie del disco. Para evitar dañar zonas que contienen datos, se reserva una pista especial para esta acción, conocida como zona de aterrizaje (landing zone).
El número de esta pista es una característica importante que hay que comunicar a la BIOS cuando se instala una unidad de disco duro. Este dato se utiliza para aparcar las cabezas de lectura sobre la pista adecuada antes de desconectar la corriente. La mayor parte de los discos duros modernos realizan un aparcamiento automático. La zona de aterrizaje es, generalmente, la pista situada en el interíor del disco, la que tiene el número más elevado. Las dos operaciones que realiza la cabeza de lectura/escritura son la escritura de datos y la lectura de datos.
Cuando el disco es virgen no presenta particularidades magnéticas. Un impulso de corriente enviado al bobinado de la cabeza produce un campo magnético en el entrehierro del electroimán. Este campo imana la superficie del disco, formándose entonces un dipolo, es decir, una zona que contiene, al igual que los imanes, un polo norte y un polo sur.
Los datos se escriben en la superficie del disco por medio de una corriente enviada al electroimán que porta la cabeza de lectura/escritura. Esta corriente produce un campo magnético que modifica la superficie del disco.
Juntando dos dipolos se forma el elemento de la información que un ordenador puede manipular, el bit, que toma el valor 1 o el valor 0:
- Si el bit representa el valor binario 1, los dos dipolos magnéticos están alineados con direcciones opuestas.
- Si por el contrario, adquiere el valor 0, ambos dipolos magnéticos quedan alineados en la misma dirección.
La lectura de datos se basa en el fenómeno inverso:
Una variación del campo magnético en las proximidades de un electroimán provoca la aparición de una corriente eléctrica en el bobinado de éste.
Los datos se escriben en el disco por impulsos de corriente. Su lectura provoca impulsos de la misma naturaleza. El desplazamientb de los dipolos que se encuentran en la superficie del disco con respecto a la cabeza de lectura, produce una inversión del campo magnético la cual provoca la aparición de una corriente inducida en el bobinado. Esta corriente tendrá un sentido u otro según hayamos leído un bit 0 o un bit 1. Conociendo el sentido de la corriente, el ordenador sabe si la cabeza de lectura pasa sobre un 1 o sobre un 0.
6. Tipos de disco duro
Los discos duros pueden clasificarse siguiendo varios criterios. Por ejemplo, según el tipo de codificación realizada encontramos discos duros MFM, RLL, ARLL, o ERLL.
Según la tarjeta controladora o interfaz utilizado para comunicar el disco duro con el ordenador, los discos duros pueden clasificar se en ST -506, ESDI, IDE, o SCSI.
Normalmente los discos duros MFM y RLL se corresponden con los interfaces ST -506 o ESDI, que son los más antiguos. y los procedimientos de codificación más avanzados como ARLL o ERLL se emplean en los discos duros más modernos que usan un interfaz IDE o SCSI. Esto no significa que no encontremos discos duros IDE que utilicen codificación MFM. Es decir, que puede formatearse un disco duro IDE para aceptar una codificación de datos MFM o RLL, pero no sería lo más óptimo.

El puerto IDE (Integrated device Electronics) o PATA (Parallel Advanced Technology Attachment) controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) y además añade dispositivos como las unidades CD-ROM.
En el sistema IDE el controlador del dispositivo se encuentra integrado en la electrónica del dispositivo. Las diversas versiones de sistemas ATA son:
• Parallel ATA (algunos están utilizando la sigla PATA)
o ATA-1, con una velocidad de 8,3 Mb/s.
o ATA-2, soporta transferencias rápidas en bloque y multiword DMA. Velocidad de 13,3 Mb/s.
o ATA-3, es el ATA2 revisado y mejorado. Soporta velocidades de 16,6 Mb/s.
o ATA-4, conocido como Ultra-DMA o ATA-33 que soporta transferencias en 33 Mb/s.
o ATA-5 o Ultra ATA/66, originalmente propuesta por Quantum para transferencias en 66 Mb/s.
o ATA-6 o Ultra ATA/100, soporte para velocidades de 100 Mb/s.
o ATA-7 o Ultra ATA/133, soporte para velocidades de 133 Mb/s.
• Serial ATA, remodelación de ATA con nuevos conectores (alimentación y datos), cables, tensión de alimentación y conocida comúnmente como SATA.

SCSI, acrónimo inglés Small Computers System Interface (Sistema de Interfaz para Pequeñas Computadoras), es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos del bus de la computadora. Algunos profesionales lo castellanizan como escasi, otros por el contrario prefieren deletrearlo.
Para montar un dispositivo SCSI en un ordenador es necesario que tanto el dispositivo como la placa madre dispongan de un controlador SCSI. Es habitual que el dispositivo venga con un controlador de este tipo, pero no siempre es así, sobre todo en los primeros dispositivos. Se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo scanners, unidades CD-ROM, grabadoras de CD, y unidades DVD. De hecho, el estándar SCSI entero promueve la independencia de dispositivos, lo que significa que teóricamente cualquier cosa puede ser hecha SCSI (incluso existen impresoras que utilizan SCSI).
En el pasado, era muy popular entre todas las clases de ordenadores. Actualmente sigue siendo popular en lugares de trabajo de alto rendimiento, servidores, y periféricos de gama alta. Los ordenadores de sobremesa y los portátiles utilizan habitualmente las interfaces más lentas de IDE/SATA para los discos duros y USB (el USB emplea un conjunto de comandos SCSI para algunas operaciones) así como FireWire a causa de la diferencia de coste entre estos dispositivos.
Serial ATA o SATA (acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como puede ser el disco duro, u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA. SATA proporciona mayores velocidades, mejor aprovechamiento cuando hay varios discos, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar discos en caliente (con la computadora encendida).
Actualmente es una interfaz extensamente aceptada y estandarizada en las placas base de PC. La Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO) es el grupo responsable de desarrollar, de manejar y de conducir la adopción de especificaciones estandarizadas de Serial ATA. Los usuarios del interfaz SATA se benefician de mejores velocidades, dispositivos de almacenamientos actualizables de manera más simple y configuración más sencilla. El objetivo de SATA-IO es conducir a la industria a la adopción de SATA definiendo, desarrollando y exponiendo las especificaciones estándar para el interfaz SATA.

Se está preparando un sistema SCSI en serie, denominado Serial Attached SCSI o SAS, que además es compatible con SATA, dado que utiliza el mismo conector, por lo tanto se podrán conectar unidades SATA en una controladora SAS
http://es.wikipedia.org/wiki/SCSI
http://www.mundopc.net/hardware/componen/hdd/2.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Disquete
http://es.wikipedia.org/wiki/Formato_de_compresi%C3%B3n_ZIP http://es.wikipedia.org/wiki/Integrated_Drive_Electronics