MATERIA: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES TEMA: EL DISCO DURO CENTRO TECNOLÓGICO DE CÚCUTA GUÍA No 4

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1 MATERIA: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES TEMA: EL DISCO DURO CENTRO TECNOLÓGICO DE CÚCUTA GUÍA No 4 que mueve los cabezales y un circuito electrónico de control, que incluye la interfaz con la computadora. OBJETIVO GENERAL: Conocer la estructura, parámetros y características generales de los disco duros. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Describir las principales de un disco duro. Describir la estructura física de un disco duro. Describir la estructura lógica de un disco duro. Identificar las diferentes interfaces de datos de los discos duros. Identificar los principales fabricantes de discos duros. 1. EL DISCO DURO (HARD DISK) El PC no puede contener en la memoria RAM todos los datos y programas con que trabaja. Además, como al apagarla estos datos se pierden, necesitamos de una unidad de almacenamiento con mucha capacidad y rapidez para trabajar con ella continuamente. Esta función la desempeña el disco duro. Este es un dispositivo de almacenamiento masivo de datos que emplea un sistema de grabación magnético digital, normalmente se encuentra fijo dentro del PC, en él se graba el Sistema Operativo (SO), los programas y los datos de uso frecuente, este dispositivo es no volátil pues conserva la información aun con la pérdida o corte de la energía eléctrica. 1.1 PARTES PRINCIPALES DE UN DISCO DURO Físicamente un disco duro o disco rígido está formado por las siguientes partes: Uno o mas platos o platter en donde se graban los datos, un cabezal de lectura/escritura por cada una de las caras de los platters, un motor que hace girar los platos, un electroimán Platos (Platters): Dentro de un disco duro los datos son grabados en discos magnéticos, llamados platter, cada uno de estos discos perfectamente planos son fabricados con una aleación de aluminio con un recubrimiento magnético que es donde se almacenan los datos. La aplicación de la capa magnética se realiza a los dos lados del disco pues en un disco duro la información se almacena por las dos caras. La capa magnética solo tiene unos micrones de espesor por lo que esta se recubre desde fábrica con una capa protectora que ofrece protección contra pequeños impactos Cabezas o Cabezales de lectura/escritura (Heads): Un disco duro tiene un cabezal o cabeza por cada una de las caras de cada plato. Las cabezas están formadas por unas bobinas que crean un campo magnético entre los platos y los cabezales (sin hacer contacto físico) el cual es el que permite leer o escribir sobre los platos a alta velocidad. Las cabezas están colocadas sobre un brazo (arm) actuador accionado por uno o más electroimanes Motor Paso a Paso: Es el responsable de mantener una rotación constante y de alta velocidad de los platos, es uno de los mayores responsables de la durabilidad del disco duro pues la mayoría de los fallos graves provienen de él. Los motores más antiguos utilizaban motores de 3600 rotaciones por minuto (rpm), mientras que actualmente son utilizados motores de 5600 rpm, 7200 rpm, rpm etc. La velocidad de rotación es uno de los principales factores que determinan el rendimiento del disco duro Electroimán: Es un actuador compuesto por una bobina que actúa a través de la atracción y repulsión electromagnética. Básicamente en un disco duro hay dos electroimanes uno a cada lado del brazo móvil, cuando se cambia la intensidad de corriente eléctrica se mueve el brazo y por ende los cabezales Circuito electrónico o de Control: Esta situado en la parte inferior del disco, contiene dispositivos electrónicos y microcontroladores que controlan la velocidad de giro, la posición de la cabeza de lectura-escritura y la activación para leer o grabar datos. También consta de un conector de datos y uno que alimenta la unidad de disco y la une

2 con la fuente de alimentación del PC. Son cuatro pines o patillas, en las que destaca la masa (0 voltios) y los voltajes +5v y +12 v. 1.2 ESTRUCTURA FÍSICA DE UN DISCO DURO Para organizar el proceso de escritura y lectura de los datos en el disco duro la superficie de los discos está dividida en pistas, sectores y cilindros. Las pistas (tracks) son círculos concéntricos que empiezan al final del disco y se van volviendo menores conforme se acercan al centro. Cada pista recibe un número de direccionamiento que permite su localización. La pista más externa recibe el número 0 y las siguientes reciben los números 1,2,3 y así en adelante. Para facilitar todavía más el acceso a los datos, las pistas se dividen en sectores, que son pequeños trozos donde son almacenados los datos, siendo cada sector de 512 bytes. Existen también los cluster los cuales son un grupo de sectores, cuyo tamaño depende de la capacidad del disco. Sector de arranque. Espacio particionado. Espacio sin particionar. Sector de arranque: Es el primer sector de un disco duro en él se almacena la tabla de particiones y un programa pequeño llamado Master Boot. Este programa se encarga de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa, en caso de que no existiese partición activa mostraría un mensaje de error. Espacio particionado: Es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. Espacio sin particionar: Es el espacio del disco que no ha sido asignado a ninguna partición. 1.4 CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE LOS DISCOS DUROS. Además de las pistas, los sectores y los cluster, también tenemos los cilindros que están formados por las pistas concéntricas de cada cara de cada plato que están situadas unas justo encima de las otras, de modo que la cabeza no tiene que moverse para acceder a las diferentes pistas de un mismo cilindro. 1.3 ESTRUCTURA LÓGICA DE UN DISCO DURO La estructura lógica de un disco duro está formado por: 1. Capacidad: Es la cantidad de información que puede almacenar un disco duro, al igual que las memorias la información se almacena en el sistema binario, pero a diferencia de estas debemos recordar que un disco duro almacena información en gran cantidad. Hoy en día los discos duros almacenan información en el orden de los Gigabytes (GB) y Terabytes (TB). Para un PC actual es común hablar de discos de 40GB, 80 GB, 120 GB, 160GB, 300 GB, 320 GB, 750 GB, 1 TB etc. 2. Velocidad de rotación: Corresponde a la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los platos del disco, que es donde se almacenan magnéticamente los datos. A mayor velocidad de rotación, mayor es la velocidad de acceso a la información, esta puede oscilar entre 4000 y RPM.(Revoluciones por minuto) 3. Tiempo de acceso: Es el tiempo medio necesario que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos que necesitamos. 4. Tasa de transferencia o ancho de banda: Es Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez el cabezal está situado en la pista y el sector correcto. Este número indica la cantidad de datos que un disco puede leer o escribir en la parte más exterior del disco o plato en un periodo de un segundo. Normalmente se mide en Mbits/segundo, hoy en día en un disco de 5400RPM un valor habitual es 100Mbits/s

3 5. Caché de disco: El BUFFER o CACHE es una memoria que va incluida en la controladora interna del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer. 1.5 INTERFACES DE DATOS DE LOS DISCOS DUROS. Si hablamos de disco rígido podemos citar a los distintos tipos de conexión que poseen los mismos con la placa madre, entre estas podemos nombrar: Interface IDE, SCSI y SATA, Interface IDE: Integrated Device Electronics ("Dispositivo con electrónica integrada") también llamado ATA (Advanced Technology Attachment), esta tecnología controló los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros hasta hace poco, fue el estándar principal por su versatilidad y relación calidad/precio. Cada canal permite la conexión de hasta 2 drives (sean discos magnéticos o unidades ópticas). El conector IDE para disco duro es un conector macho de 40 pines (a veces 39, por existir uno que no se usa) repartidos en 2 hileras. En las tarjetas controladoras suele existir un único conector de este tipo, aunque por lo general en las placas que los llevan integrados existen dos conectores iguales, fácilmente distinguibles y que suelen estar juntos. Las main-board con interface IDE se fabrican con dos puertos IDE: 0 y 1. Este canal usa una tecnología electrónica cuyo bus lo constituye un cable plano de 40 u 80 hilos conductores que comunica al conector del dispositivo (disco, CD-ROM, etc.) con el puerto IDE de la mainboard. ATA-1, año 1.988, máximo de 8MB/s, permite dispositivos ATAPI en modo PIO. ATA-2, año 1.992, máximo de 15MB/s, soporta transferencias rápidas en bloque ATA-3, año 1.995, 33MB/s ATA-4, año 1.998, 33MB/s. ATA-5, año 2.000, 66MB/s. ATA-6, año 2.002, 100MB/s. ATA-7, año 2.005, 133MB/s. La main board normalmente tiene dos conectores IDE. El primer conector se conoce como el driver de dispositivo primario. El segundo se conoce como el driver de dispositivo secundario. Cada uno de ellos puede admitir dos dispositivos IDE conectados con un sólo cable cinta, contabilizando un total de 4 dispositivos IDE (dos por cada cable cinta conectado a la placa madre). Para superar el límite de 4 dispositivos IDE, se pueden conectar más mediante una tarjeta de expansión del controlador IDE o un controlador SCSI. Cuando se conectan dos dispositivos al mismo cable cinta IDE (un cable conductor que conecta uno o dos dispositivos IDE a la placa madre), debemos indicarle al equipo cuál de los dos tiene prioridad, o más precisamente, cuál de ellos es el maestro y cuál el esclavo, cuya abreviatura es SL. Para ello, los dispositivos deben configurarse mediante el uso de los puentes ubicados en la parte posterior del dispositivo (junto al conector IDE). Por lo general, hay un pequeño diagrama en el dispositivo que ilustra las posiciones de los puentes para el (M) o esclavo (SL). Tenga en cuenta que algunas veces encontrará una abreviatura CS (por la sigla en inglés de selección de cable), que significa que la selección entre y esclavo se determina automáticamente cuando ambos discos cuentan con esta opción, siempre y cuando la placa madre la admita. Una de las desventajas de las interfaces IDE/ATA es que tan sólo se pueden conectar dos unidades por conector, no pudiendo además acceder a las dos a la vez, por lo que cuando lee en uno el otro debe permanecer inactivo. Incluso hasta hace bien poco no se podía acceder a ambos canales IDE de forma simultánea. A esto hay que sumarle unas velocidades de transferencia no demasiado altas, que han ido evolucionando con el tiempo de la siguiente forma: También se recomienda conectar dispositivos de un mismo tipo con el mismo cable cinta ya que la velocidad de transferencia del bus se adapta al dispositivo más lento conectado al cable. Por lo tanto, se recomienda colocar los discos en un cable y los quemadores de CD-ROM e IDE en otro (un quemador de CD se instala exactamente de la misma manera que una unidad de CD-ROM). Como hemos visto, existen 2 canales IDE, donde se pueden conectar hasta dos discos en cada uno de ellos. En forma predeterminada, el ordenador se iniciará con el primer disco duro instalado en el canal IDE primario.

4 El orden de prioridad es el siguiente: IDE1: maestro IDE1: esclavo IDE2: maestro IDE2: esclavo La configuración recomendada es la siguiente: IDE1 IDE1 IDE2 IDE2 disco esclavo disco esclavo disco esclavo disco esclavo CD-ROM maestro disco esclavo CD-ROM maestro CD-ROM maestro CD-ROM esclavo disco esclavo CD-ROM esclavo disco esclavo CD-ROM maestro CD-ROM esclavo Interface SCSI: (Interfaz para sistemas de ordenadores pequeños es una interfaz que se utiliza para permitir la conexión de distintos tipos de periféricos a un ordenador mediante una tarjeta denominada adaptador SCSI o controlador SCSI (generalmente mediante un conector PCI) El número de periféricos que se pueden conectar depende del ancho del bus SCSI. Con un bus de 8 bits, se pueden conectar 8 unidades físicas y con uno de 16 bits, 16 unidades. Dado que el controlador SCSI representa una unidad física independiente, el bus puede alojar 7 (8-1) ó 15 (16-1) periféricos. Fue la interfaz de mayor capacidad, velocidad y estabilidad para conectar dispositivos directamente a la motherboard. Cuando conecte los dispositivos IDE, es importante verificar que la línea roja del cable cinta esté alineada con la clavija 1. En la placa madre: Otros dispositivos IDE (unidades o quemadores de CD-ROM o DVD-ROM) están conectados de la misma forma. Los estándares SCSI definen los parámetros eléctricos de las interfaces de entrada/salida. El estándar SCSI-1 de 1986 definió los comandos estándar para el control de los periféricos SCSI en un bus con una frecuencia de 4,77 MHz con un ancho de 8 bits, lo que implicaba que era posible alcanzar velocidades de 5 MB/s. Sin embargo, un gran número de dichos comandos eran opcionales, por lo que en 1994 se adoptó el estándar SCSI-2. Éste define 18 comandos, conocidos como CCS (Conjunto de comandos comunes). Se han definido varias versiones del estándar SCSI-2: El SCSI-2 extendido, basado en un bus de 16 bits (en lugar de 8), ofrece una velocidad de 10 MB/s El SCSI-2 rápido es un modo sincrónico rápido que permite un aumento de 5 a 10 MB/s para el estándar SCSI y de 10 a 20 MB/s para el SCSI-2 extendido (denominado SCSI-2 extendido rápido). Los modos Rápido-20 y Rápido-40 duplican y cuadriplican dichas velocidades respectivamente.

5 El estándar SCSI-3 incluye nuevos comandos y permite la unión de 32 periféricos, así como una velocidad máxima de 320 MB/s (en modo Ultra-320). Interface SATA (Serial ATA): Es el nuevo y actual estándar de conexión que utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. En la actualidad hay dos versiones, SATA 1 de hasta 1,5 Gb/s y SATA 2 de hasta 3,0 Gb/s de velocidad de transferencia. Los discos SATA utilizan un tipo diferente de conectores, tanto para datos como para alimentación, aunque hay algunos discos que tienen ambas tomas de alimentación. En la imagen de la izquierda podemos ver los conectores SATA de una placa base. A la derecha tenemos un disco SATA con los cables de alimentación y datos ya conectados. A diferencia de los discos ATA/PATA (IDE), los discos SATA no se configuran como Maestro o Esclavo, ya que el bus de datos de la placa permite una sola unidad por conector. El orden de los discos lo determina el conector SATA al que se conecta el disco, no la configuración de este. Lo que si llevan es unos pequeños pines que sirven para determinar el tipo de SATA. Estos pines están presentes en los discos SATA2 (3Gb), y sirven para limitar el disco a SATA1 (1.5Gb) e instalarlos en placas base que solo admitan SATA PRINCIPALES FABRICANTES DE LOS DISCOS DUROS. Aquí se presentan los enlaces de los principales fabricantes de discos duros o HDD: Western Digital Seagate Maxtor es Seagate. Samsung Hitachi Fujitsu Quantum Corp. Toshiba En la imagen superior derecha podemos ver los conectores de un disco SATA. En este caso podemos ver que lleva dos conectores de alimentación: Un SATA y un Molex. Esto no quiere decir que tengamos que conectar los dos, sino que podemos conectar uno u otro. En cuanto a la conexión de los cables, tanto al disco como a la placa base, los conectores SATA llevan una muesca que impide totalmente que los pongamos en otra posición que no sea la suya.

6 AUTOEVALUACIÓN EL DISCO DURO 1. Con sus propias palabras defina que es y para qué sirve un disco duro. 2. Cuál es la función principal de los platter de un disco duro. 3. Cuál es la función principal de los cabezales de un disco duro. 4. Cuál es la función principal del motor paso a paso en un disco duro. 5. Cuál es la función principal del electroimán de un disco duro. 6. Cuáles son las funciones principales de la tarjeta o modulo electrónico. 7. Cuáles son los niveles de voltaje necesarios para que un disco duro funcione. 8. Describa la razón principal por la cual un disco duro se divide en pistas, sectores, cilindro y/o clusters. 9. Aunque todas las características de los discos duros, son significativas, elija usted 3 de los que consideré más importantes y descríbalas brevemente. 10. De las interfaces de los discos duros y de acuerdo a la guía cual de las tres es la más rápida. 11. Bajo condiciones normales en un PC, cuantos dispositivos IDE se pueden instalar. 12. Describa con sus propias palabras como se configura un disco duro o una de CD-ROM como maestro o esclavo. 13. Porque se recomienda conectar los discos duros en un IDE diferente al de las unidades de CD-ROM. 14. Explique por medio de un dibujo Incluyendo la conexión a la tarjeta principal cuál sería la manera adecuada y la configuración para conectar: Un Disco Duro y Una Unidad de CD-ROM Dos Discos Duros y una Unidad de CD-ROM. Un disco duro y dos unidades de CD-ROM. Tres discos duros y Una Unidad de CD-ROM. 15. Para que se utilizan los jumper en un disco duro SATA? 16. Cuantos discos duros se pueden conectar en un terminal SATA de la tarjeta principal o main board? 17. De las 3 interfaces de los discos duros cual considera usted que es la mejor y porque? 18. Localice en la siguiente sopa de letras 12 palabras o siglas (Inclusive en ingles) relacionadas con los discos duros y sus fabricantes. L O L E O I R A D N U C E S I T E Q L A U C I R A N E X O N A R L E D A I C R M A S P V T T I R C N I L A C A O E L A E A C A T A N I C T E N A O L R S A O R B A N U M S C G G C F E R D O E S D D O T E A I S A S C S I D O R E R R O T C E S A A R M O T O R D O T E O U E F B E A H A E B C E N T R O I R E T N C D R E P M U J D C D E Z T A N C A P A C I D A D E T A A L A R P R I M A R I O U N L L U A I P L O M A T I C O I L P D R O T C E N O C D E D