Disco duro

Es posible que hoy en día no tuviéramos ordenadores personales si no fuera por la invención de los dispositivos de almacenamiento. Es más, la tecnología no hubiera avanzado tanto si no existieran estos soportes para poder almacenar tanta cantidad de información.

Sabemos que un disco duro no es un dispositivo crítico para el funcionamiento de un ordenador, ya que este puede funcionar si él. Pero sin datos la utilidad de un ordenador es prácticamente nula. 

¿Qué es un disco duro?

Lo primero que tendremos que hacer es definir que es un disco duro. Un disco duro es un dispositivo para el almacenamiento de datos de forma no volátil, es decir, para almacenar los datos digitales utiliza un sistema de grabación magnética. De esta forma es posible mantener la información grabada en un soporte de forma permanente (de ahí que no es volátil). También se denominan discos HDD o Hard Disk Drive.

El disco duro está formado por uno o varios platos rígidos introducidos en una caja hermética y unidos por eje común que gira a gran velocidad. Sobre cada uno de los patos, que normalmente tienen sus dos caras destinadas al almacenamiento, se sitúan sendos cabezales de lectura/escritura.

Componentes físicos de un disco duro

Antes de conocer el funcionamiento de un disco duro conviene enumerar y definir los distintos componentes físicos que tienen un disco duro:

• Platos: será donde se guarda la información. Están dispuestos en forma horizontal y cada plato consta de dos caras o superficies magnetizadas, una cara superior y otra inferior. Esto normalmente están construido en metal o cristal. Para almacenar la información en ellos disponen de celdas en donde es posible magnetizarlas de forma positiva o negativa (1 o 0).
• Cabezal de lectura: es el elemento que hace la función de lectura o escritura. Habrá uno de estos cabezales por cada cara o superficie de plato, por lo que, si tenemos dos platos habrá cuatro cabezas lectoras. Estas cabezas no hacen contacto con los platos, si esto sucediera el disco quedaría rayado y se corromperían los datos. Cuando los platos giran, se crea una fina película de aire que impide el contado entre ello y la cabeza lectora (aproximadamente 3 nm de separación).
• Brazo mecánico: serán los elementos encargado de sujeta las cabezas lectoras. Permiten el acceso a la información de los platos desplazando las cabezas lectoras de forma lineal desde el interior al exterior de estos. el desplazamiento de estos es muy rápido, aunque debido a ser elementos mecánicos tienen bastantes limitaciones en cuanto a la velocidad de lectura.
• Motores: contaremos con dos motores dentro de un disco duro, uno para hacer girar los platos, normalmente a una velocidad de entre 5000 y 7200 revoluciones por minuto (rpm). Y también tendremos otro para el movimiento de los brazos mecánicos
• Circuito electrónico: además de elementos mecánicos, el disco duro también contiene un circuito electrónico que se encarga de gestionar las funciones de posicionamiento del cabezal y la lectura y escritura de este. Este circuito además se encarga de comunicar el disco duro con el resto de componentes del ordenador, traduciendo las las posiciones de las celdas de los platos a direcciones comprensibles por la memoria RAM y CPU.
• Memoria caché: los discos duros actuales cuentan con un chip de memoria integrada en el circuito electrónico que hace las veces de puente de intercambio de información desde los platos físicos hasta la memoria RAM. Es como un búfer dinámico para aligerar el acceso a la información física.
• Puertos de conexiones: en la parte trasera del disco, y fuera del encapsulado, se encuentra los puertos de conexión. Normalmente están formado por el conector del bus hacia la placa base, el conector de 12 V de alimentación y en caso de los IDE con las ranuras de jumpers para la selección de maestro / esclavo

Estructura física y lógica

Una vez visto los componentes físicos de un disco duro, nos toca saber cómo está dividida su estructura de datos en cada plato del disco duro. Como es normal, no se trata simplemente de grabar la información aleatoriamente en el disco, estos tienen su propia estructura lógica que permiten el acceso a información concreta almacenada en ellos.

Estructura física del contenido

Pista (track)

Cada una de las caras del disco está dividida en anillos concéntricos, desde el interior hasta el exterior de cada cara. La pista 0 representa el borde exterior del disco duro.

Cilindro

Son el conjunto de varias pistas. Un cilindro lo forman todas las circunferencias que está alineadas en forma vertical de cada uno de los platos y caras. Formarían un cilindro imaginario en el disco duro.

Sector

Las pistas a su vez están divididas en trozos de arco llamados sectores. En estos tramos es donde se almacenan los bloques de datos. El tamaño de los sectores no es fijo, aunque lo normal es encontrarlo con una capacidad de 510 B (bytes), lo que vienen a ser 4 KB. Antiguamente el tamaño de los sectores por cada pisa era fijo, lo que hacía que las pistas exteriores con mayor diámetro quedaran desaprovechadas al tener huecos vacíos. Esto cambió con la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que permite utilizar el espacio de forma más eficiente, al variar la cantidad de sectores en función del tamaño de la pista, (pistas de mayor radio, más sectores)

Cluster

También llamado unidad de asignación, es una agrupación de sectores. Cada archivo ocupará un determinado número de clústers, y ningún otro archivo podrá estar almacenado en un determinado cluster.

Por ejemplo, si tenemos un cluster de 4096 B y un archivo de 2700 B éste ocupará un solo cluster y además sobrará espacio en el. Pero no se podrá almacenar ningún archivo más en él. Cuando formateamos un disco duro, podemos asignar un determinado tamaño de cluster a éste, entre más pequeño sea el tamaño de clúster mejor será asignado el espacio en él, especialmente para archivos pequeños. Aunque, por el contrario, más difícil será el acceso a los datos para la cabeza lectora.

Se conseja que para unidades de almacenamiento de gran tamaño lo ideal son clústers de 4096 KB.

Estructura lógica del contenido

La estructura lógica determina la forma en la que se organizan los datos en el interior de este.

Sector de arranque (Master Boot Record):

También llamado generalmente MBR, es el primer sector de todo el disco duro, es decir, pista 0, cilindro 0 sector 1. En este espacio se almacena la tabla de particiones que contienen toda la información acerca del inicio y el final de las particiones. También tiene almacenado el programa Mester Boot, este programa es el encargado de leer esta tabla de particiones y proporcionar el control al sector de arranque de la partición activa. De esta forma el ordenador arrancará desde el sistema operativo de la partición activa.

Cuando tenemos varios sistemas operativos instalados en distintas particiones, será necesario la instalación de un gestor de arranque (bootloader) para que podamos elegir el sistema operativo que queremos arrancar.

Espacio de particiones:

El disco duro puede estar formado por una partición completa que abarca todo el disco duro, o por varias de estas. Cada partición divide el disco duro en un número determinado de cilindros y pueden tener el tamaño que nosotros deseemos asignarle. Esta información se almacenará en la tabla de particiones.

A cada una de las particiones se le asignará un nombre llamado etiqueta. En Windows será letras C: D: C:, etc. Para que una partición esté activa deberá tener un formato de archivos.

Espacio sin particionar:

También puede existir un determinado espacio que aún no hayamos particionado, es decir, que no le hayamos dado un formato de archivos. En este caso no estará disponible para almacenar archivos.

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