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Curso de computadoras para bases de datos - Tema 5.8: Discos duros


También conocidos como disco duro rígido, Hard Drive Disk o HDD es un dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnético para almacenar la información. Son unas cajas metálicas selladas de formato rectangular que contienen en su interior todos los componentes necesarios para realizar la lectura y escritura de información. Estos dispositivos pueden estar ubicados en el interior de la caja o en el exterior, variando la interfaz de conexión.Imagen del interior de un disco duro rígido

El primer disco duro fue inventado por IBM en el año 1956. Su nombre comercial fue Ramac I y fue un dispositivo grande y pesado (1 tonelada) y de “pequeña” capacidad, tan sólo 5 MB. Poco a poco su uso se estandarizó, reduciendo su precio y aumentando la capacidad. En el año 1992 ya contaban con 250 MB de capacidad, en el 2001 fue lanzado el Ipod y en la actualidad se supera sin problemas el Terabyte de capacidad.

Hoy en día existen dos formatos: el de 3,5 pulgadas para ordenadores y el de 2,5” pulgadas para los dispositivos portátiles.

Necesitan de alimentación eléctrica para su funcionamiento, la cual se suministra a través de un cable de tipo Molex o SATA desde la fuente de alimentación.

Interfaz o conectores

Se comunican con el ordenador a través de un controlador de disco que usa una interfaz para realizar la transferencia de datos. Se conectan a la placa base mediante un conector en su superficie.

Hasta el año 2000 la interfaz más empleada fue el Integrated Drive Electronics o IDE, también conocido como PATA, que hacía uso de los cables IDE o cables planos en los cuales se podía conectar a la placa base más de un dispositivo compartiendo el ancho de datos entre ellos mediante la temida configuración maestro y esclavo con una jumper. Existía un cable de ancho menor para conectar las disqueteras. La primera versión de esta interfaz tenía una velocidad de transmisión de 8 MB/s, la octava y última versión alcanzó la escalofriante cifra de los 166 MB/s.

En el año 2000 surge la interfaz Serial Advanced Technology Attachment o SATA que se caracteriza por el uso de un cable de pequeña dimensión que conecta cada dispositivo con la placa base; esta interfaz es el estándar actual debido a su pequeño tamaño y gran capacidad de transmisión de datos así como la posibilidad de conexión en caliente. La primera versión tenía una velocidad de transferencia de 150 MB/s y la actual es la tercera, que alcanza los 600 MB/s.

Otras tecnologías menos usadas fueron SCSI o SAS.

Estructura lógica

Dentro del disco se encuentran el registro de arranque principal, Master Boot Record o MBR que es el bloque o sector de arranque que contiene la tabla de particiones; y las particiones de disco, necesarias para poder colocar los sistemas de archivos.

Estructura física

Los elementos que componen un disco duro son:

  • Plato: cada uno de los discos que hay dentro de la unidad de disco duro en dónde se graban los datos.
  • Cabezal: Es el dispositivo de lectura y escritura que se mueve mediante un electroimán. Normalmente hay uno por cada cara
  • El motor que hace girar los platos.
  • El circuito electrónico de control compuesto por la interfaz y la memoria caché.
  • La caja que ha de proteger de la suciedad.

Conceptos para referirse a zonas del disco duro

DISCO DURO PARTES INTERNAS
Cada plato está dividido en dos caras o cada uno de los dos lados de un plato. Cada cara se divide en pistas (A) o circunferencias dentro de una cara, estando situada la pista cero en el borde exterior. Un sector (C) es cada una de las divisiones de una pista; el tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. Un clúster (D) es un conjunto contiguo de sectores.

Un cilindro es el conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente, una de cada cara.

Un sector geométrico (B) está compuesto por los sectores contiguos pero de pistas diferentes.

Cómo funciona

Dentro de la unidad de disco duro hay uno o varios discos, generalmente  de aluminio o cristal, concéntricos llamados platos y que giran todos a la vez sobre el mismo eje, al que están unidos. El cabezal 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 plato posee dos “ojos”, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. Los cabezales de lectura/escritura no tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros), debido a una finísima película de aire que se forma entre los cabezales y los platos cuando los discos giran.

Características técnicas

La capacidad es la cantidad máxima de información que pueden almacenar. Se mide en el sistema internacional con base decimal en GB. ¡Cuidado que no usan el binario! y al inicializarlos en nuestro disco duro descubriremos que el espacio disponible que indica es menor. ¿El motivo? Lee el punto 4.2 para saberlo.

El tiempo medio de búsqueda es el 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. Se mide en segundos.

El tiempo de lectura/escritura es el 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. Se mide en segundos.

La latencia media es el tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco.

El tiempo medio de acceso es el tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado. Es igual a la suma del tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), tiempo de lectura/escritura y la latencia media (situarse en el sector).

La velocidad de rotación es la velocidad a la que giran el/los platos del disco, que es dónde se almacenan magnéticamente los datos. La regla es: a mayor velocidad de rotación, más alta será la transferencia de datos, pero también mayor será el ruido y mayor será el calor generado por el disco duro. Se mide en número revoluciones por minuto (RPMA mayor velocidad de rotación, menor latencia media.

La velocidad de transferencia es la velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez que la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico. Se mide en MB/s.

El caché de pista es una memoria tipo flash dentro del disco duro.

La landz es la zona sobre las que aparcan las cabezas una vez se apaga la computadora.

Consumo de energía, medido en Watios. Se diferencia entre modo operativo, en reposo y suspendido.

El tiempo medio entre fallos es el tiempo estimado que pasa entre que ocurren dos fallos de lectura/escritura.

Mantenimiento y cuidado

Los discos duros, cómo el resto de componentes del ordenador, necesita un cuidado. La Wikipedia recoge en un interesante artículo unas instrucciones para evitar la pérdida de datos y evitar que el disco duro quede inservible:

  • No quitar la etiqueta ligeramente plateada que se encuentra a los lados y/o algunas veces en la parte frontal, esto puede causar que entre polvo y raye el disco, asimismo el polvo que pueda contener electricidad puede mover los datos y causar daños.
  • No tapar los agujeros pequeños, ya que son un filtro de aire y puede causar sobrecalentamiento.
  • Realizar periódicamente copias de seguridad en discos DVD, Blu-ray o en un disco duro externo de la información importante, eventos como apagones o ataques de virus pueden dañar el disco duro o la información, si ocurre un apagón desconectar el ordenador. Si se usa un servicio de alojamiento de archivos, no debe ser la única opción ni se debe guardar ahí información delicada o crítica, pues el servicio puede fallar, ser clausurado o atacado.
  • Se recomienda crear al menos dos particiones: Una para el sistema operativo y los programas y otra para los datos del usuario. De esta forma se pueden facilitar la copia de seguridad y la restauración, al posibilitar retroceder o reinstalar completamente el sistema operativo sin perder los datos personales en el proceso.
  • Optimizar (desfragmentar) el disco duro regularmente usando la herramienta incluida en el sistema operativo o un programa de otro fabricante para reducir el desgaste, facilitar la recuperación en caso de un problema, y mantener una buena velocidad de respuesta. Se recomienda una frecuencia de cuatro a seis meses dependiendo del uso.
  • Descargar y usar un programa que lea los datos de los sensores del disco duro (S.M.A.R.T.), para vigilar la condición del disco duro. Si indica que está en peligro, copiar la información importante y reemplazar el disco duro lo más pronto posible para evitar la pérdida de información.
  • Evitar que el disco sufra golpes físicos, especialmente durante su funcionamiento. Los circuitos, cabezales y discos pueden dañarse.
  • Si el disco duro presenta problemas de confiabilidad, un funcionamiento anormalmente lento o aparecen sin razón aparente archivos dañados o ilegibles, analizarlo con un comprobador de disco. También se recomienda realizar una comprobación de rutina cada cierta cantidad de meses para detectar errores menores y corregirlos antes de que se agraven.

Consejos para la compra

Los datos técnicos a tener en cuenta a la hora de la compra son, por este orden, la capacidad, el tiempo medio de acceso y el tiempo medio entre fallos.

Usar estos discos está recomendado cuando van a ser usados poco, puesto que el desgaste se produce por las lecturas y escrituras.

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