Estructura Física De Un Disco Duro. Figura: Disco Duro. Figura. Estructura Física De Un Disco Duro.

Transcripción

1 Disco Duro En informática, un disco duro o disco rígido (en inglés Hard Disk Drive, HDD) es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos. Figura: Disco Duro Estructura Física De Un Disco Duro Figura. Estructura Física De Un Disco Duro.

2 1. Gabinete.- Los discos se encuentran en un gabinete herméticamente sellado, de modo que el aire exterior que contiene una gran cantidad de partículas suspendidas, no penetren al interior de la unidad, a menos que pase por unos filtros especiales que retiran todas las partículas indeseables y permiten el flujo de aire limpio dentro del disco. Si bien, por algún tiempo se manejó que los discos duros venían al vacío, esto no es cierto, ya que, para su funcionamiento es indispensable que se forme un colchón de aire entre la superficie del disco y la cabeza magnética, algo imposible si la unidad estuviera al vacío. 2. Circuitos Electrónicos.- En la parte exterior del gabinete, hay una placa de circuitos electrónicos con varios chips que establecen la comunicación entre la computadora y el interior del disco duro. Esta placa contiene los circuitos de intercambio de datos, los amplificadores que graban los datos en la superficie de los platos y aquellos que recogerán los minúsculos pulsos que captan las cabezas de lectura, amplificándolos y decodificándolos para enviarlos al microprocesador. También incluye los conectores para alimentar el disco duro con +5 y +12 volts (hay discos que trabajan con +5 volts e incluso con menos para máquinas portátiles); en esta placa también se configura la unidad como disco único, master o slave. Aun cuando estos elementos básicos conforman un disco duro, es posible encontrar otros, como un brazo para auto estacionado de cabeza LED's indicadores de actividad del disco, etc., sin embargo, la estructura básica de la unidad es la misma. 3. Actuador.- Es un motor que mueve la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y el borde externo de los discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electro magneto empujado contra magnetos fijas para mover las cabezas a través del disco. La controladora manda más corriente a través del electro magneto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una pérdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centro del disco sobre una zona donde no se guardan

3 datos. Dado que todas las cabezas están unidas al mismo rotor ellas mueven al unísono. se El desplazamiento de las cabezas de lectura/escritura sobre la superficie de los platos, es necesaria para lograr la recuperación de los datos almacenados en un disco. En discos antiguos, el desplazamiento lo realizaba un motor de pasos conectado al brazo donde iban montadas las cabezas en la actualidad, estos motores han sido sustituidos por una "bobinas de voz" (voice coil), las cuales permiten movimientos más precisos y, lo más importante, pueden autocorregir pequeñas desviaciones que pudiera haber en el proceso de búsqueda de un track de información (además de permitir desplazamientos más veloces. Para su funcionamiento, esta bobina de voz necesita un par de imanes permanentes que producen un campo magnético de cierta intensidad. Sumergida en dicho campo, se encuentra la bobina que está adosada en el brazo de cabezas (puede darse la situación contraria: un imán pegado al brazo y las bobinas rodeándolo) de modo que cuando circula una corriente a través de la bobina, por la atracción y repulsión magnéticas, el brazo de las cabezas tiende a moverse Manejando la magnitud de corriente que circule por la bobina, se puede controlar el desplazamiento de las cabezas sobre la superficie del disco. 4. Platos de soporte.- La pieza más importante de todo disco duro son uno o más platos de aluminio, vidrio o cerámica, recubiertos por un fina capa de material ferromagnético de unas cuantas micras de espesor (de entre 3 y 8 micras en los discos modernos. Aquí es donde, finalmente, se almacena la información binaria. 5. Brazos.- En un extremo tiene montadas las cabezas magnéticas y en el otro los elementos necesarios para lograr el desplazamiento de ellas a través de la superficie del disco. 6. Cabezas de grabación y lectura.- Para realizar la lectura y escritura de datos en la superficie de los discos, se necesitan dos cabezas de grabación y lectura, una por cada cara del disco (por supuesto que si hay más de un

4 plato, habrá más cabezas). Las cabezas están unidas por un elemento al que se denomina "actuador". Antes las cabezas eran simples piezas de ferrita (similares a las que se incluyen en cualquier grabadora de casetes casera), pero en la actualidad se fabrican en miniatura, por un método parecido al de los circuitos integrados (cabezas tipo thin film), o se trata de complejos elementos magneto-resistivos que permiten enormes densidades de grabación, redundando en discos cada vez más pequeños y de mayor capacidad. 7. Preamplificadores. 8. Conexión de Alimentación. 9. Bloque de Configuración (Jumper). 10. Puerto de Entrada/Salida Estructura Física: Cabezas, Cilindros Y Sectores Cada una de las dos superficies magnéticas de cada plato se denomina cara. El número total de caras de un disco duro coincide con el de cabezas. Cada una de estas caras se divide en anillos concéntricos llamados pistas. Finalmente cada pista se divide en sectores. El termino cilindro se utiliza para referirse a la misma pista de todos los discos de una pila. Figura. Estructura física de un disco duro.

5 Direccionamiento De Sectores En Discos Duros La información se organiza en sectores dentro del disco duro. Los discos duros para PC son formateados a bajo nivel por su fabricante con un tamaño de 512 bytes cada uno. La escritura y lectura de sectores en los discos duros se lleva a cabo empleando los servicios BIOS INT 13h y sus extensiones. Los servicios BIOS INT 13h originales especifican la dirección de un sector mediante tres números: Cylinder, Head, Sector (cilindro, cabeza y sector) Direccionamiento CHS Al diseñar el PC XT en 1983, los ingenieros de IBM establecieron que los servicios BIOS relativos al manejo de disco duro serían activados por la línea IRQ5 (IRQ6 se destinaba al disquete). Esta línea generaba la interrupción 19 (13h), cuya rutina de servicio disponía de seis servicios estándar: re inicialización; obtención del estado; lectura; escritura y verificación de sectores, y formateo de pistas. Estos servicios ofrecen la posibilidad de leer y escribir en las unidades de disco a nivel de sectores individuales para lo que, además del número de unidad, se requiere pasar a la rutina los valores de geometría correspondientes (Cilindro, Cabeza y Sector concretos); lo que se conoce como direccionamiento CHS ("Cilinder Head Sector"). La especificación de IBM establecía que los siguientes valores para dichos parámetros. Tamaño n del campo (bits) Valor máximo teórico 2 n Rango permitido Total utilizable Cilindro 10 1, ,023 1,024 Cabeza Sector Figura. Direccionamiento CHS.

6 Especificación ATA Aparte de lo anterior, la especificación ATA establecía otras limitaciones para los valores de Cilindro, Cabeza y Sector, eran las siguientes: Tamaño del campo (bits) Valor máximo teórico Rango permitido Total utilizable Cilindro 16 65, ,535 65,536 Cabeza Sector Figura. Especificación ATA. BIOS estándar con unidad IDE La instalación de una unidad IDE en un PC tradicional (de BIOS estándar) supone que para estar dentro de ambas normas, deberían utilizarse los valores más restrictivos de ambas que serían los siguientes: Cilindros: 1,024 Cabezas: 16 Sectores: 63 Estos números nos conducen a un total máximo de 1024 x 16 x 63 = 1,032,192 clúster, es decir, 528,482,304 bytes (528 MB). Este sería el máximo espacio de disco direccionable mediante los servicios de la interrupción 13h estándar BIOS con una controladora ATA/IDE Direccionamiento CHS Extendida Soportada por un nuevo tipo de BIOS extendidas ("Enhanced BIOS") que aparecieron a partir de 1993/94.

7 En realidad el direccionamiento CHS extendido es un truco aritmético por el que se informa a la BIOS que el disco instalado (suponemos que es una unidad IDE) tiene un número de cilindros, cabezas y sectores distintos de los reales, pero adaptado a lo que puede manejar la BIOS (lo que se denomina geometría trasladada). Para ello, si el número de cilindros del dispositivo IDE es superior a los 1024 soportados por la BIOS, se divide este número por 2, 4, 8 o 16, hasta que el valor resultante sea igual o menor que los mentados El valor resultante es el que se pasa a la BIOS como número de cilindros. Por su parte, el número de cabezas se multiplica por el factor 2, 4, 8 o 16 utilizado, y éste es el que se suministra a la BIOS (podríamos decir que se cambian cilindros por cabezas). Nota: A pesar del límite teórico de 256, en la práctica ningún disco IDE/ATA ofrece especificaciones con más de 63 sectores lógicos por pista. La razón es que sobrepasar el límite de 63 de la BIOS estándar hubiese complicado aún más las cosas Direccionamiento LBA Como la capacidad de los discos crecía de forma imparable, pronto se hizo necesario sobrepasar también el límite de los 8,455 GB de la interrupción 13h de la BIOS. Para esto se ideó un sistema denominado LBA ("Logical Block Addressing), que implica un sistema radicalmente distinto de direccionar los clúster. En lugar de referirse a ellos en términos geométricos (Cilindro, Cabeza y Sector), a cada clúster se les asigna un número único, Número de Sector. Para ello se numeran 0, 1, 2,... N-1, donde N es el número total de sectores del disco. Actualmente LBA es el sistema dominante para direccionamiento de discos grandes, puesto que desde que alcanzaron el límite de GB, se hizo imposible expresar su geometría en términos de Cilindro, Cabeza y Sector. Observe en realidad LBA es un sistema radicalmente nuevo de direccionamiento que, en principio, no implica por sí mismo ampliar ningún límite. Aunque desde

8 luego, las BIOS que detectan sistemas LBA también disponen de la traducción adecuada para solventar las limitaciones de la combinación BIOS/ATA (saltar la limitación de 528 MB o incluso la de GB). Esta traducción es la que resuelve el paso de la barrera, ya que la interrupción 13h no sabe nada sobre direccionamientos LBA. Por supuesto todas las nuevas unidades de disco soportan LBA, y cuando esta circunstancia es auto-detectada por la BIOS, se establece automáticamente este modo de direccionamiento y se habilita la traducción correspondiente. Esta traducción es parecida a la ECHS, aunque el algoritmo es diferente; se denomina traducción auxiliar LBA. La diferencia substancial es que en ECHS, la BIOS traslada los parámetros utilizados por la interrupción 13h desde la geometría trasladada a la geometría local del disco. En la traducción LBA, la BIOS traslada la geometría trasladada directamente en un número de sector. Con posterioridad al establecimiento del sistema, se empezó a utilizar una extensión conocida como LBA48, que aumentaba de 24 a 48 los bits reservados para representar los números de sector. Asumiendo que el formateo se realiza en sectores de 512 Bytes, el método permite unidades con un máximo teórico de 512 x 2 48 = Peta bytes (millones de Gigas).