ESTUDIO DISCOS RÍGIDOS 1

Transcripción

1 ESTUDIO DISCOS RÍGIDOS 1 EL DISCO RÍGIDO Los discos rígidos (HDD, Hard Disc Drive) constituyen el más importante medio magnético de almacenamiento de información en una PC. El conjunto denominado Disco Rígido, está compuesto por dos partes bien definidas, por un lado el conjunto mecánico encerrado en una burbuja, que contiene a los motores, a los platos con el recubrimiento magnético, - denominados plate <-pleit-> (plato) y a los cabezales que graban y leen los datos. Esta burbuja si bien esta cerrada no es hermética, tiene pequeños orificios de ventilación cubiertos por filtros de aire que permiten purificarlo. Y por el conjunto electrónico de control, denominado drive <-draiv-> (manejador o conductor), compuesto por una placa de circuito impreso conteniendo la lógica de control de datos y operaciones. La burbuja y la electrónica de control forman una sola unidad, por esta razón y por el hecho de estar conectados y fijados en el interior del gabinete, también se los denomina discos fijos (burbuja + conjunto electrónico). En la jerga al dispositivo se lo denomina Hard disk drive, hard disk, hard, drive ó simplemente rígido. La utilidad que presentan estos dispositivos es que mantienen la información, aún cuando la PC se apague. Permitiendo el acceso inmediato a una gran cantidad de programas almacenados en él. Con el avance de la tecnología la velocidad y la confiabilidad han aumentado de manera que su uso es cada vez más prioritario. A tal punto que, por ejemplo, no puede funcionar el Windows 98 ó el 2000, en una PC sin un disco rígido. La cantidad de información que pueden contener es cada vez mayor, el límite actual está en varios Gigabytes, superando en miles de veces la capacidad de los disquetes. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Al igual que cualquier elemento de almacenamiento magnético (como un casete de audio o video), los discos rígidos tienen una superficie magnéticamente sensible y un sistema de cabezales, que se desplazarán radialmente y producirán un campo magnético para escribir y lo recibirán al leer (grabar y reproducir). Los platos, construidos de aluminio (no flexibles) se encuentran cubiertos con un deposito de óxidos ferrosos o compuestos de cromo (este último en los discos más modernos) y giran permanentemente, impulsados por un motor llamado spindle motor o motor de giro. Sobre estos platos planean los cabezales de lectura/escritura, ya que durante el funcionamiento los mismos no tocan la superficie magnética. Este fenómeno se produce por el diseño aerodinámico de los cabezales, que los hace volar en el colchón de aire que se produce al girar los platos. Manteniendo una distancia mínima entre cada cabezal y su plato correspondiente.

2 ESTUDIO DISCOS RÍGIDOS II INTRODUCCIÓN En este capítulo se analizará la secuencia de arranque y la configuración de los discos rígidos. Si bien este tratamiento se hará sobre el DOS, es igual al de otros sistemas operativos, como el Windows 98. ESTRUCTURA DE DATOS EN EL DISCO. Al comenzar el estudio de los discos rígidos ó HD, uno de los temas tratados fue el de la organización de los datos sobre la superficie del disco. Recordemos esta organización, con los tres parámetros que definen la estructura física de un disco, como se ha esbozado en la red de la clase #4: - Cabeza (Head) - Cilindro (Cylinder) - Sector (Sector) Los cabezales (Heads) son los elementos que, solidarios a un mismo soporte (que los ubicará sobre cada pista), cumplen con la función de escritura/lectura, habiendo uno por cada superficie de datos, lo que es dos por cada plato del disco. Siendo las pistas (o tracks) las bandas magnéticas circulares concéntricas, donde se graban los datos. El cilindro está conformado por todas las pistas accesibles en una posición de los cabezales. Significa que en una posición dada, puedo leer tantas pistas como cabezales tenga, conmutando simplemente entre ellos. En cuanto a los sectores, cada pista (circunferencia magnética) se encuentra dividida en tramos, ó arcos iguales, que permiten la grabación de bloques de 512 bytes. Cada uno de estos tramos se llama sector (de circunferencia). Es importante recordar como es la numeración de los cilindros, cabezas y sectores: El primer cilindro es el 0 (cero) La primer cabeza es la 0 (cero) El primer sector es el 1 (uno) Por lo tanto, en un disco con 940 cilindros, 8 cabezas y 17 sectores por pista, el final del mismo estará en el: Cilindro = 939, Cabeza = 7, Sector = 17 Tener esto muy en cuenta, ya que es fácil confundir la cantidad de cilindros o cabezas con su número de finalización. Cálculo de la capacidad de un disco Sabiendo que hay 512 bytes por sector y conociendo la cantidad de sectores por pista, la cantidad de pistas por cilindro (cabezas) y la cantidad de cilindros por disco puedo saber cuantos bytes (dividiendo por 1024 cuantos Kilobytes) almacena un disco dado.

3 BARRERAS EN LAS CAPACIDADES DE LOS DISCOS Debido al rápido crecimiento de las capacidades de los discos rígidos, y a las limitaciones propias del diseño de la PC y del sistema operativo, han surgido dificultades escalonadas para utilizar los discos rígidos en su capacidad plena. Como varios fabricantes de equipos y partes, expresan la capacidad de almacenamiento en Megabytes y Gigabytes usando distintas definiciones para estas unidades, es necesario aclarar el tema para no generar confusiones al respecto. El Kilobyte binario El Megabyte binario El Gigabyte binario El Kilobyte decimal El Megabyte decimal El Gigabyte decimal equivale a bytes. equivale a Kilobytes binarios, o bytes equivale a Megabytes binarios, Kilobytes, o bytes. equivale a bytes equivale a Kilobytes decimales, o bytes. equivale a Megabytes decimales, Kilobytes decimales, o bytes. Para reforzar los conceptos de numeración binaria, le proponemos releer en el Capitulo 2 el sistema binario. En algunos casos el sistema operativo, en otros el BIOS y en otros el propio disco rígido, fueron las causas de estas limitaciones. Hablándose, en cada caso, de haber alcanzado una barrera. Si bien no todas las causas son provocadas por el BIOS, o por declaraciones erróneas en el SET-UP, mencionaremos todas las barreras, por integridad temática. Hace algunos años atrás, la primer barrera apareció en: los 32 Megabytes binarios. Esta barrera fue provocada por las limitaciones del sistema operativo de Microsoft: DOS 3.x, y fue solucionada con la aparición del DOS 4.0 y posteriores. Rápidamente los discos alcanzaron su segunda barrera: los 504 Megabytes binarios (528 Megabytes decimales). Esta segunda limitación la provocó el BIOS. Cuando se pudo superar esta limitación, casi en simultáneo, aparecieron dos nuevas barreras: Los 2 Gigabytes binarios (2,147 Gigabytes decimales), nuevamente debida al sistema operativo; y una en 1,97 Gigabytes binarios (2,11 Gigabytes decimales) provocada por algunos modelos de BIOS. Superada la barrera de 2 Gigabytes, aparece una nueva barrera: Los 7,87 Gigabytes binarios (8,45 Gigabytes decimales) provocada nuevamente por el BIOS. La próxima barrera estará en los 128 Gigabytes binarios (137,43 Gigabytes decimales) provocada por la limitación en la interfaz IDE, pero afortunadamente falta algún tiempo para ello. La barrera de 504 Megabytes (binarios) Esta limitación la provoca el BIOS; más concretamente el servicio de acceso al disco (int 13). Este servicio es el que utiliza el sistema operativo DOS y muchas aplicaciones para acceder al disco rígido.

4 Modificar el servicio para superar la limitación no era viable, ya que ello implicaría la incompatibilidad inmediata de los sistemas operativos existentes, como también la de miles de aplicaciones y utilidades de disco rígido. Para superar la barrera mencionada, fue necesario modificar el modo de direccionamiento de los discos rígidos empleado hasta el momento. Se ha pasado de un sistema basado en la ubicación de un cilindro-cabeza-sector (referido en muchos textos como direccionamiento CHS del inglés Cylinder Head Sector / Cilindro Cabeza Sector) a otro basado en la numeración lógica de bloques. ESTUDIO El sistema original de direccionamiento CHS funciona de la siguiente manera: Cada vez que el sistema operativo desea acceder al disco rígido, carga una serie de registros del procesador y comienza la ejecución del servicio int 13 del BIOS. El contenido de los registros le indica al servicio: 1. Cuál es la operación deseada (leer, escribir, formatear, etc.). 2. En qué dirección de memoria están (o se colocarán) los datos a ser escritos (o leídos). 3. El lugar del disco donde se escribirá (o leerá). Esta información a su vez se establece por número de cilindro, número de cabeza, y número de sector. El Servicio analiza el contenido de los registros y escribe en los registros del controlador del disco rígido para preparar la operación pedida. Realiza la operación y verifica si hubo problemas al realizarla. Devuelve el control al programa que solicitó el servicio, con uno de los registros del procesador indicando el estado de la operación realizada, y un código de error, en el caso que hubiere algún problema. La barrera de los 504 Megabytes binarios se debe al tamaño de los registros definidos en el servicio int 13 del BIOS, combinado con los tamaños de los registros del controlador. Ilustración 5: Resultado de la relación entre los registros del BIOS/Controlador Como se puede ver en la ilustración 5, los bits que no concuerdan entre los registros del controlador y los definidos en el servicio del BIOS, quedan desperdiciados. Los que efectivamente se pueden utilizar, son los siguientes:

5 10 bits para direccionar un cilindro, implican 1024 cilindros como máximo (del 0 al 1023). 4 bits para direccionar una cabeza, implican 16 cabezas como máximo (de la 0 a la 15). 6 bits para direccionar un sector, implican 63 sectores como máximo (del 1 al 63). Si consideramos estos valores límites y si la capacidad de un sector es de 512 bytes, la capacidad límite estaría dada por: 1024 x 16 x 63 x 512 = Bytes => 504 Megabytes binarios. Obsérvese que los 8 bits del registro para direccionar las cabezas del servicio del BIOS, permitirían direccionar hasta 256 cabezas. Pero como 4 de esos bits no concuerdan con el tamaño del registro del controlador del disco, sólo se pueden utilizar cuatro. Con cuatro bits, sólo se pueden direccionar hasta 16 cabezas. En otras palabras, con este mecanismo de direccionamiento, en el SET-UP se pueden definir discos de hasta con 256 cabezas, pero sólo 16 pueden usarse. En contrapartida, el disco puede utilizar hasta cilindros, pero como el BIOS sólo cuenta con 10 bits para direccionar el cilindro, sólo puede utilizar hasta No es factible modificar la definición de registros del servicio int 13, para solucionar el problema, pues el sistema operativo y otros programas que usan el servicio quedarían incompatibles. La solución fue realizar una traducción de parámetros. Es decir definir un disco con una geometría de más de 16 cabezas, y luego transformar la dirección en un número de sector (bloque). Obviamente el disco rígido debe poder trabajar en este nuevo método de direccionamiento. Esta modificación del funcionamiento del disco implica una redefinición de los registros del disco, como así también una modificación en el funcionamiento del BIOS. Los registros del servicio int 13 permanecen inalterados, por lo que no se altera la compatibilidad con los programas existentes. El mecanismo de traducción descripto es el conocido como LBA (Logical Block Addressing Direccionamiento por bloques lógicos). Tanto el BIOS, como el disco rígido deben soportar este modo de direccionamiento.

6 Ilustración 6: Mecanismo LBA implementado en BIOS y DISCO. Como puede observarse, las modificaciones hechas no alteran las estructuras de la interfaz entre el BIOS y el sistema operativo, en consecuencia queda plenamente compatible con los programas y sistemas operativos antiguos. Cabe destacar que si instalamos un disco de más de 504 Megabytes en una PC que no cuenta con un BIOS con capacidad de traducción LBA, sólo serán utilizables 504 Megabytes. El resto del disco quedará inaccesible. Esta es la situación típica con las PC-486 de primera generación. Para estos casos, hay que utilizar un software externo, que le agregue la capacidad de traducción LBA al sistema, como el Disk Manager de la firma OnTrack. Este software crea una pequeña partición fantasma de tan solo una pista. Dentro de ella instala un software que reemplaza ( emparcha ) al servicio int 13 del BIOS. Una vez que el software está en funcionamiento, se habilita el traductor LBA y se carga el sistema operativo normalmente. El inconveniente es que el software queda instalado en el disco rígido, y es necesario cargar el sistema desde allí obligatoriamente. Si se bootea DOS desde un disquete, el parche no se activa y no se tiene acceso al disco rígido. LA BARRERA DE 1,97 GIGABYTES (BINARIOS) Algunos BIOS no contemplan la posibilidad de utilizar un disco que tenga más de 4096 cilindros. Un BIOS con esta limitación, puede provocar que el equipo se cuelgue al tratar de detectar las características del disco, o cuando bootea.

7 Muchos discos rígidos incorporan un jumper que limita al disco a 1,97 Gigabytes binarios (informa tener 4096 cilindros, aunque en realidad tenga más), para evitar que el equipo se cuelgue al bootear. Pero lamentablemente esto hace desperdiciar la capacidad restante del disco. La solución es actualizar el BIOS de la PC, cambiar el Motherboard, o simplemente contentarse con utilizar discos de hasta 1,97 Gigabytes como máximo. ESTUDIO LA BARRERA DE 2 GIGABYTES (BINARIOS) Esta es una limitación provocada por el sistema operativo MS-DOS, y las primeras versiones de Windows 95. Estos sistemas operativos funcionan con un sistema de archivos conocido como FAT16, y éste sólo tolera hasta 2 Gigabytes por unidad (la letra asignada al disco, como por ejemplo C:). El disco se puede utilizar en su totalidad, si se crea una partición primaria de 2 Gigabytes, y una partición DOS extendida, del tamaño restante del disco. Dentro de la partición extendida se podrán definir unidades lógicas, de hasta dos Gigabytes c/u como máximo. Creando tantas unidades lógicas como el disco lo permita, se podrá aprovechar la totalidad del espacio disponible. Pero quedará fraccionado en unidades como la C:, D:, E:, etc. Windows 95 OSR2 y Windows 98 solucionan el inconveniente usando un nuevo sistema de archivos conocido como FAT32. La barrera de 7,87 Gigabytes (binarios) Esta barrera la provoca nuevamente el servicio de acceso al disco int 13. Si observamos la ilustración 6, vemos que el traductor LBA convierte la geometría del disco en un número comprendido entre 0 y Ese número representa un sector (o bloque) de 512 bytes, de un total de (porque el bloque cero también cuenta). Esa cuenta máxima de direcciones LBA surge de multiplicar los números máximos permitidos por los registros del servicio de disco int 13: 1024 cilindros x 256 cabezas x 63 sectores = Si el servicio puede usar discos con un máximo de sectores, y si cada sector puede almacenar hasta 512 bytes como máximo, esto implica que la capacidad máxima utilizable del int 13 es: x 512 = bytes Si lo expresamos en Gigabytes binarios: = 7,87 Gigabytes binarios. Esto significa que si deseamos utilizar discos más grandes de 7,87 Gigabytes binarios, debemos necesariamente modificar el tamaño de los registros del int 13. Esta alternativa es traumática, ya que implica incompatibilidad con programas y sistemas operativos antiguos. La solución consiste en implementar nuevos servicios de disco en el BIOS, conocidos como extensiones int 13. Un BIOS que incluya dichas extensiones soportará discos de tamaño superior a esta barrera. Pero además el sistema operativo debe utilizar los nuevos servicios para tener acceso al disco en toda su capacidad. Los sistemas operativos nuevos de Microsoft, como Windows 98 y Windows 2000 están preparados para operar con los nuevos servicios del int 13.

8 LA BARRERA DE 128 GIGABYTES (BINARIOS) Si observamos la ilustración 6, observamos que los registros del disco rígido en modo LBA se unen para formar un único registro de 28 bits. Con 28 bits, se pueden direccionar hasta un máximo de sectores de 512 bytes, lo cual implican 128 Gigabytes binarios de capacidad máxima de almacenamiento. Aún no estamos usando discos tan grandes. Pero llegado el día, tendremos que agrandar nuevamente los registros, sortear nuevas incompatibilidades, etc. EL MASTER BOOT RECORD El cilindro mas importante del disco es el primero, llamado cilindro 0. Donde está el Registro Maestro de Arranque del sistema (Master Boot Record = MBR). Este contiene la identificación de los sistemas operativos que tendrá el disco, es el encargado del arranque del sistema operativo activo y contiene, además, las tablas de partición. A partir del MBR se desarrollará la estructura lógica del disco. Este contiene al Programa del Registro Maestro (Master Boot Program = MBP), responsable de la carga del sistema operativo correspondiente a la partición activa. A ésta la ubicará según lo indique la tabla de particiones, llamada Tabla del Registro Maestro (Master Boot Table = MBT), que contiene la ubicación de ellas en el disco y cual es la activa para el arranque (Boot). El espacio disponible en la tabla permite 4 particiones por disco. Pero en el sistema operativo DOS/Windows se pueden definir solo dos: la primaria y la extendida. Lo que no impide que se puedan utilizar las otras para otros sistemas operativos como ser Windows NT, UNIX, etc. Por lo que se pueden tener distintos sistemas operativos en un mismo disco rígido sin interferencias entre ellos. El MBR se crea al particionar por primera vez un disco. En caso de sufrir algún problema (virus, corte eléctrico, etc.) el MBP puede ser reconstruido (la tabla MBT, NO), en el caso del DOS, utilizando el comando FDISK, con la opción /MBR de la misma versión que tenga el disco. Esta opción no está documentada, es decir que no figura en los manuales del DOS. EL COMANDO FDISK Este comando del DOS permite generar y administrar las particiones de un disco rígido. Basándose en los valores declarados en el SETUP este generará las particiones a consideración del usuario, determinando el sistema de archivos (FAT 16 o FAT 32) y creará el Master Boot Record (MBR) grabandoló en el primer sector del disco. Este consiste de un programa llamado Master Boot Program (MBP) que permite la interpretación de la Tabla de Particiones que sigue a continuación, llamada Partition Table. El FDISK determina el tamaño asignado a cada partición, por lo que, cambiar el tamaño de una partición luego de haberla utilizado, significa la pérdida total de los datos alojados en ella. El DOS permite, solo dos particiones por disco, la primaria que es la Booteable y la extendida que puede contener varias unidades lógicas, llamadas así porque son asignaciones del sistema que simulan particiones secundarias, cuando en realidad comparten una sola partición, identificándose con una letra de unidad lógica cada una. En las siguientes ilustraciones se aprecian los menúes del FDISK, que posibilitan el acceso a las distintas opciones de configuración del Disco Rígido.

9 Ilustración 1: Menú principal del FDISK Ilustración 2: Menú de la Opción 1 Ilustración 3: Menú de la Opción 2

10 Ilustración 4: Menu de la Opción 3 Ilustración 5: Menú de la Opción 4 Si hay dos unidades conectadas aparecerá una opción 5 para cambiar de unidad. FORMATEO. Uno de los temas más importantes en el conocimiento de los HD es el formateo. Y en particular, la diferencia entre los llamados, formateo de bajo nivel y el de alto nivel. BAJO NIVEL Llamamos formateo de bajo nivel, al proceso por el cual, mediante ordenes específicas al controlador del disco, se logran grabar índices no sólo en las áreas de datos sino también de control. Esto sólo tendrá lugar para inicializar al disco. El formateo de bajo nivel es un formateo profundo, donde se generan y graban todas las marcas de comienzo y final de cada sector y su numeración. Esto es independiente del sistema operativo que vaya a llevar el disco. Puede ser que durante su vida útil, un disco nunca deba volver a ser formateado en bajo nivel. Para evitar confusiones este podría llamarse inicialización de superficies, mas que formateo de bajo nivel. Los discos de tecnología IDE, NO deben ser formateados en bajo nivel por el usuario, este es un proceso realizado por el fabricante y un incorrecto formateo de bajo nivel puede provocar la inutilización de la unidad. Es más, algunos discos no pueden ser formateados en bajo nivel fuera de la fábrica. La herramienta de software, Disk Manager (DM 5.0) provee, entre sus funciones, la posibilidad de realizar (tomada como la última opción a un problema de disco), un formateo de bajo nivel a una unidad IDE.

11 ALTO NIVEL El formateo de alto nivel, realizado mediante el comando FORMAT del DOS, en cambio, define las áreas de datos y sistema dentro de las particiones, preparándolas para su utilización por un sistema operativo. Este comando, tiene opciones de ejecución, una de ellas permite el blanqueo o borrado rápido de datos, con al opción /Q. Mientras que con al opción /S permite colocar, luego del formateo, los archivos de arranque, produciendo un disco Booteable. Este comando crea las distintas secciones dentro de una partición para manejar el sistema de archivos. En el DOS el sistema de archivos utilizado se llama FAT 16 y el formato determinará las secciones requeridas, que a grandes rasgos son: Sector de Booteo, Tabla de Asignación de Archivos (FAT), Directorio Raíz y Area de Datos. Como la zona fijada originalmente para la asignación de archivos tiene una capacidad limitada, se utiliza el agrupamiento de sectores en racimos llamados Clusters. Este agrupamiento de sectores dependerá del tamaño de la partición. Cuanto más grande sea la partición, mayor será el tamaño de los clusters, bajando el rendimiento de la capacidad disponible. Por lo que, en algunos casos conviene tener varias particiones pequeñas, más que una sola partición grande. Recordar: en DOS el Cluster es la unidad de almacenamiento. No importa el tamaño exacto que tenga un archivo, en el disco éste utilizará siempre clusters enteros. Ejemplo: una partición de hasta 127 MB tendrá un cluster de 2KB, una de 128 a 255 MB un cluster de 4KB, de 256 a 511MB uno de 8KB, de 512 a 1023MB uno de 16KB y de 1024 a 2028MB un cluster de 32 KB. Esto se solucionó con la creación de un nuevo formato de archivos llamado FAT 32, que tiene Clusters de 4 KB. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UN DISCO Una de las tareas típicas que podemos encontrar es la de determinar las características físicas de un HD. Recordemos que por lo visto anteriormente, sobre la determinación de la geometría del disco rígido en el Set-up, si los parámetros del motherboard no coinciden con los reales, podemos tener todo tipo de problemas: la lectura del disco puede ser errónea, puede darlo como malo, darnos menor capacidad, al intentar grabar podemos estropear todo o tener mensajes de error, que no Bootee desde el HD, etc. Se vio que la limitación de los 504 MB se solucionó con la inclusión de la opción LBA en la columna MODO del set up estándar. Por lo que la manera con que un disco sea declarado lo define para el resto del sistema. Si un disco es declarado como NORMAL, tendrá un máximo de 504 MB, si es declarado como LBA su geometría sufrirá la traducción comentada, si se declara como LARGE el BIOS no modificará los datos de la tabla de particiones, (se utiliza en otros sistemas operativos distintos al DOS). Cuando sea inicializado con el FDISK bajo la definición declarada en el set up, la tabla de particiones tendrá, ó no, utilizados los 4 bits superiores de la cantidad de cabezas. De manera que los motherboards que traen la opción de reconocimiento automático de discos IDE, además de leer su geometría, para saber si el disco trabaja en modo LBA, ó no, también leerán la tabla de particiones. Pero si nuestro sistema no cuenta con la facilidad de auto detección para HD o si por alguna circunstancia particular no es posible utilizarlo, se transforma en un problema. Para esta determinación entonces se utilizarán herramientas de software con opciones especialmente destinadas a tal fin. Como ser:

12 - Disk Manager (DM 5.0) - IDEID TIPOS DE DISCOS IDE Los discos IDE han sufrido una constante actualización. Encontrando por lo tanto, una cantidad de nomenclaturas y siglas en las hojas de datos y modelos de discos. La interface IDE es formalmente conocida como especificación ATA (AT Attachment = Adjunto a la AT) y especifica los discos según sus características de transferencia. A los discos se accede mediante una puerta de entrada/salida (PIO), estando limitada su velocidad de transferencia a la del Bus de datos. Cuando éste fue aumentando su velocidad, también lo pudieron hacer los discos allí conectados. A medida que los programas crecían en volumen y los discos aumentaban su capacidad, la transferencia a altas velocidades se hizo imperiosa, sobre todo para las aplicaciones multimedia. Entonces en vez de utilizar las características de transferencia del microprocesador en el manejo de puertos, se implementó una transferencia de datos directa, aprovechando el acceso directo a memoria (DMA) del controlador correspondiente del Chip set. De manera que hay dos modos de trabajo en la especificación ATA, el PIO y el DMA. Aunque depende de la electrónica del disco rígido y de la interface, cual se pueda usar, todos los discos soportan el modo PIO, por compatibilidad. Como el modo elegido debe ser soportado por la interface (generalmente el motherboard) y por el disco rígido, los motherboards que incluyen los puertos IDE indican los modos soportados, dentro de sus características. El modo ATA - PIO 2 llegó al máximo posible sobre un slot ISA. Mientras el modo FAST ATA -2 PIO 4 lo duplicó, pero trabaja sobre Slots PCI. El modo DMA es un protocolo que permite la transferencia de archivos entre el disco rígido y la memoria RAM. Notándose la mayor velocidad de transferencia en archivos grandes. El más veloz es el UDMA (UltraDMA), que fue desarrollado por las empresas Quantum e Intel, donde se pueden tener transferencias de hasta 33 MBytes/s y en el UDMA2 hasta 66 MB/s. Actualmente los discos traen una técnica de autocontrol para prevenir la perdida de datos y ofrecer advertencias antes ciertos fallos de la unidad, permitiendo hacer copias de seguridad antes que el sistema colapse, se lo llama SMART (Self-Monitoring and Reporting Technology = Tecnología de Auto Monitoreo y Reporte) Las siguientes son las velocidades de transferencia de los distintos modos ATA: Tipo Modo PIO Transferencia Modo DMA Transferencia ATA MB/seg MB/seg. ATA MB/seg. ATA MB/seg. Fast ATA MB/seg MB/seg. Fast ATA MB/seg MB/seg. Ultra ATA MB/seg. Ultra DMA 33.3 MB/seg. Ultra ATA MB/seg. Ultra DMA MB/seg. En el siguiente cuadro se tiene una síntesis de las características de configuración de un disco rígido, tanto en la estructura física (geometría) como en la lógica.

13 Cilindros Estructura - Cabezas Física _Sectores por pista Disco Rígido - _ Primarias Particiones - Extendidas _ DOS Estructura -- _ 16 - _lógica FAT - _Win 95 Win 95 OSR2 Sistemas de Win 98 _Archivos _ Win 2000 NTFS -_ Win NT Netware _Otros Cuadro sinóptico de las características de un Disco Rígido

14 discos rigidos III DEFINICIÓN DE TÉRMINOS Antes de tratar el tema específico es conveniente comentar los términos utilizados. Cabeza de Lectura y Grabación (Read Write Head) Estas cabezas son las encargadas de determinar el estado de las partículas magnéticas del disco rígido. Recordemos que estas planean sobre las superficies a una distancia de 20 micrones gracias al viento producido por el giro del plato (de 3600 a 7200 rpm). A modo comparativo, recordemos que un cabello tiene un diámetro de unos 100 micrones. Pista (Track) Se refiere al anillo concéntrico que queda imaginariamente formado, debajo del recorrido de cada una de las cabezas de lectura / grabación, sobre los platos del disco. Sectores Son las secciones lógicas en las que se encuentra dividido un Track. Estos sectores se los puede representar como porciones de circunferencia, en sistemas operativos como MS-DOS poseen una capacidad de 512 bytes cada uno. Cilindro (Cylinder) Como los discos rígidos poseen muchas cabezas, su conjunto forma la figura espacial de un cilindro, determinado por todas las pistas en una posición de los cabezales. PIO / DMA En los discos rígidos del tipo IDE (especificación ATA), el acceso se hará en alguno de los modos de la especificación, que son ATA, ATA-2, ATA-3 y ATA-4. Dentro de cada uno, podrá ser por Puerta entrada/salida (PIO) o por acceso directo a memoria (DMA). FAT 16/32 Esto se refiere al tipo de formato que se establecerá en la partición del disco, originalmente se utilizó FAT 16, con un máximo de 2,1Gb. En los sistemas operativos Win 95 OSR2 y Win 98 se puede utilizar también FAT 32, con un límite de 2TB, su FDISK, permite elegir el tipo de FAT que se creará. Pero para mantener compatibilidad con sistemas operativos anteriores hay que usar FAT 16. PARTICIONES DEL DISCO RÍGIDO. Los discos rígidos deben configurarse por lo menos en una y como máximo en cuatro áreas separadas, llamadas particiones. Las particiones separan al disco rígido en áreas individuales que se comportan como discos lógicos independientes y donde cada una de ellas puede contener un sistema operativo diferente. Las particiones se definen por cilindros. O sea que comienzan en la primer pista de un cilindro y terminan en la última de otro. De manera que utilizan números enteros de cilindros. Así que para preparar a un disco rígido para operar con el sistema operativo MS-DOS se deberá crear

15 primero una partición DOS primaria, que ocupara los primeros cilindros del disco (aunque esta perderá la primer pista por el MBR). Particionar un disco rígido no es lo mismo que formatearlo. Cuando se particiona un disco rígido se especifica que y cuantas secciones del disco podrá utilizar el DOS o cualquier otro sistema operativo. Cuando se formatea un disco rígido, MS-DOS prepara una partición para recibir archivos. Una vez particionado el disco y antes de poder utilizarlo, deben formatearse las particiones. Ya que el formateo dependerá del sistema operativo utilizado. En un disco fijo se pueden crear dos tipos de particiones DOS. El primer tipo se llama partición DOS primaria. Esta será la primera partición del disco rígido, de la que se Booteará. El segundo tipo se llama partición DOS extendida. Que posibilita subdividir en mas partes a un disco rígido. Las particiones llamadas NO DOS, son particiones para otros sistemas operativos (como por ejemplo OS2, NOVELL o UNIX). Partición DOS primaria: Una partición DOS primaria es el tipo principal de partición DOS. Y es la única partición DOS desde la que puede arrancar el sistema. Cada disco rígido de un sistema multidisco debe tener una partición DOS primaria, aunque solo estará activa la del disco C, o sea la primera. De no estar ésta activa el sistema no arrancará, mostrando el mensaje de error: Presione una tecla para re-arrancar, PRESS A KEY TO REBOOT.. Partición DOS extendida: Es posible crear mas particiones, llamadas: partición DOS extendida. Si MS-DOS es el único sistema operativo que hay en el PC, la partición DOS extendida puede utilizar todo el espacio restante y disponible en el disco. En un disco rígido no se puede crear una partición extendida, si no existe antes una partición primaria. Cuando se crea una partición extendida, esta se asigna a una unidad lógica DOS. Una unidad lógica DOS es una sección del disco identificada por una letra de unidad DOS. Aunque se pueden utilizar 26 letras para las unidades, las letras A y B se utilizan para las disqueteras y la C es utilizada por la partición primaria del primer disco, por lo que quedan 23 letras para el resto de las unidades lógicas del sistema (D a Z). Estas unidades lógicas permiten agrupar directorios y archivos en distintos discos virtuales. Cada uno al ser formateado requerirá un nombre ó etiqueta de volumen lógico de hasta 11 caracteres y recibirá un número identificatorio de serie de volumen. Por ejemplo: Para utilizar un disco rígido de 6 GB en FAT 16, como mínimo debe tener tres particiones de 2Gb cada una, correspondiendo a las letras C, D y E. EL REGISTRO MAESTRO DE ARRANQUE (MBR) Este registro (Master Boot Record = MBR) se encuentra en el principio del disco, en el cilindro 0, y está compuesto de dos partes:

16 a) En la primera parte, el código de arranque que es un pequeño programa, determina que sistema operativo va a arrancar al sistema, al que luego transfiere el control. b) En la segunda parte, contiene la tabla de particiones que tiene la información de donde comienza y finaliza cada partición del disco. Si el registro maestro de arranque MBR se modificara o alterara (algunos sistemas operativos distintos al DOS pueden hacerlo, por un error de escritura, e inclusive por un virus informático que se aloje en este registro), recordar que este registro se puede restaurar con el comando: FDISK /MBR El FDISK no presentará ningún menú, ni mensaje al actualizar el MBR. Una vez completado el procedimiento aparece en la pantalla el prompt del DOS. LA TABLA DE ASIGNACIÓN DE ARCHIVOS (FAT) Originalmente el sistema de asignación de archivos recibió 16 bits por entrada. El factor limitador es que con 16 bits se pueden determinar solo 64K (65536) posiciones. Contando que pueden haber hasta 63 sectores por entrada, con 512 bytes / sector, da hasta 32Kb por cada entrada, llamada cluster <-clastr->. Si hay posiciones posibles, la cuenta será 64K x 32K = 2,1 GB que es lo máximo que se puede direccionar en FAT 16. Esta limitación se subsanó al utilizar entradas con 32 bits, con los que se pueden determinar hasta 4 G posiciones. Ahora si hay 4G posiciones, 4G x 512 = G ó 2 Tera, direcciones posibles en FAT 32. Esta mejora tiene el precio de no ser compatible hacia atrás. Los sistemas operativos anteriores al Win 95b (OSR2), no pueden leer FAT 32, lo que significa que no puedo utilizar este formato para el MS-DOS, o versiones de Windows anteriores. Recordar entonces que: La asignación del tipo de FAT elegida, se determina durante el particionado del disco, mientras que la cantidad de sectores por cluster es determinada durante el formateo del disco. Como cada partición tiene su FAT, para acceder a discos de más de 2 Gigas, en FAT 16 hay que tener mas de una partición. Lo que se evitaría usando FAT 32. Pero aparece otra limitación, las funciones normales del BIOS (int13) no pueden acceder a más de 8,4 Gigabytes, por lo que para subsanar esta limitación hay que usar Win 95 OSR2 en instalaciones nuevas (no actualización) o superior en motherboards nuevos que contemplen las funciones extendidas del BIOS para discos más grandes de 8,4 Gigas.

17 Ilustración 1: Ejemplos de particiones en un disco rígido. En la ilustración 1 podemos ver como se divide el espacio del disco a medida que realizamos mas particiones. Pero la capacidad total siempre será la misma. En el primer caso de una sola partición esta recibirá la letra C, será la primaria y estará activa, su rango va desde la segunda pista del primer cilindro hasta la última del último cilindro. En el segundo caso, de no haber otro disco en el sistema, tendremos una partición primaria con la letra C y la extendida con la letra D, que ocupara desde el final de la partición C hasta el final del disco. En el tercer caso y con las condiciones anteriores tendremos tres letras, la C, la D y la E, para identificar las particiones. Es como si tuviéramos tres discos. Cada uno deberá ser formateado, aunque sólo el disco C deberá tener el sistema. FORMATEO DE BAJO NIVEL. En la siguiente figura se muestra el detalle de la información que se graba en el disco cuando se realiza un formateo de bajo nivel. Este se realiza en fábrica, por lo que no hay que realizarlo en las tareas normales de montaje o mantenimiento, ya que no hay garantía de su utilidad.

18 Ilustración 2: Estructura de un sector en un disco rígido

19 INFORMACIONES DE UTILIDAD Discos Rígidos IV En este capitulo se tratarán temas relacionados con los discos rígidos, desde un punto de vista integrador, repasando la información cotidiana que utiliza el técnico reparador en la compra, manipulación, instalación, mantenimiento y reparación en general. NORMAS DE FABRICACIÓN Recordemos que IDE corresponde a Integrated Drive Electronics, que significa Electrónica de manejo integrada ó Controladora Integrada y EIDE a Enhanced IDE o IDE mejorado. Es el tipo de interface de discos rígidos más difundida. Para comprender el término anterior es necesario hacer un poco de historia: Hace años los discos que se fabricaban para las PC necesitaban de controladoras que realizaban todas las tareas referidas al manejo, control y flujo de datos de los discos conectados a ellas, es decir que esos discos no poseían ningún tipo de autonomía. En estas tecnologías se podía encontrar que el disco solo contenía las partes mecánicas, discos magnéticos y cabezas de lectura / escritura y los circuitos mínimos necesarios para la adaptación de los datos desde un formato binario electrónico a datos magnéticos grabados o leídos de las superficies magnéticas de los discos. Necesitaban por lo tanto de una interface entre el Bus de datos y el disco así como de la generación de las señales de control necesarias para interpretar el control del disco y sus datos. Cuando se busca incluir toda la electrónica controladora dentro de una misma unidad, para tener autonomía de control, nace el IDE. De alguna manera, se podría decir que tiene cierta inteligencia, ya que además de recibir del motherboard los datos a grabar o las peticiones de lectura, resuelve en la propia unidad los comandos de disco. La interface IDE/EIDE está diseñada para soportar dos dispositivos -típicamente discos rígidos- en un solo cable plano a través de un conector de 40 pines desde el motherboard o una placa de interface. Y si se los conecta a través de una controladora y no directamente a los Buses, es simplemente por la normalización de los conexionados y para la adaptación de algunas señales. Los motherboards y placas de interface pueden tener un segundo conector IDE/EIDE para soportar dos dispositivos IDE adicionales. De manera que la primera interface se identifica como IDE primaria y la segunda como IDE secundaria. Llamados también canales IDE. De tener una sola esta será únicamente una IDE primaria. El cable plano de interconexión, entre los discos y el puerto controlador, está limitado a 45 cm de largo y puede contener hasta tres conectores. Este cable es del tipo paralelo por lo que los dispositivos IDE pueden conectarse en cualquier lugar. Uno de los conectores va al conector IDE del puerto controlador y los restantes a los dispositivos IDE. Decimos dispositivos IDE y no discos rígidos porque se pueden conectar otros dispositivos como ser discos floptical (para

20 discos de 120 Mb) y CD ROMs (para discos compactos de datos digitales) o DVDs (para discos digitales versátiles). Hoy día por la estandarización y simpleza de las controladoras IDE los fabricantes las incluyen dentro de los motherboards y es así como la gran mayoría de ellos hoy incluye dos canales (o interfaces) IDE, dos salidas serie para comunicaciones sincrónicas tipo RS-232 C (con conectores DB9 y DB25), una salida paralela del tipo Centronics EPP (Enhanced Printer Port) - Puerta de Impresora Mejorada - y una conexión para disqueteras que soporta hasta dos dispositivos. En los últimos modelos se ha incluido también una puerta para mouse del tipo PS/2 y dos para USB (Universal Serial Bus), así como para un control infrarrojo Destaquemos que aunque sigamos llamando a los discos IDE, en realidad lo que nos están entregando cuando compramos un disco rígido es un EIDE, que cumple con la norma ATA (AT Attachment). Como se comentó en capítulos anteriores, la especificación fue mejorando y actualizándose, de manera que de la original ATA, se pasó a la ATA-2 o Fast ATA (ATA rápido) y por último a la ATA-4 o Ultra ATA. Tipo Modo PIO Transferenci Modo DMA Transferencia a ATA 0 3,3 MB/s 0 4,2 MB/s ATA 1 5,2 MB/s ATA 2 8,3 MB/s ATA-2, 3 (Fast) 3 11,1 MB/s 1 13,3 MB/s ATA-2, 3 (Fast) 4 16,6 MB/s 2 16,6 MB/s ATA-4 (Ultra 33) Ultra DMA 33,3 MB/s ATA-4 (Ultra 66) Ultra DMA 2 66,6 MB/s Tabla 1: Velocidades de transferencia de los distintos modos ATA. Podemos aquí destacar que los discos IDE actuales cumplen con la última norma ATA, que en modo PIO 4 (por defecto) da una transferencia de 16,6 MB/s y habilitando el modo Ultra DMA se puede llegar a 33,3 MB/s para ello en el Windows hay que habilitar el modo DMA para el disco correspondiente (siempre que el motherboard soporte Ultra DMA). IDENTIFICANDO DISPOSITIVOS IDE Cada interface, canal o conector IDE soporta dos dispositivos y cada dispositivo debe ser identificado. Uno se identificará como Maestro (MASTER) y el otro como esclavo (SLAVE) en ese cable conector. No puede haber dos maestros o dos esclavos sobre el mismo cable. Para lograr esta configuración Master/Slave, hay que indicarle a cada disco qué posición tendrá (porque el cable plano IDE no identifica la posición, como el de las disqueteras). Los dispositivos IDE usan Jumpers para designar la identificación Master / Slave. Pero cada fabricante tiene su propio esquema de identificación de Master / Slave y de su relación con otros dispositivos que compartan el mismo cable.

21 Ajuste de los Jumpers Un Jumper es una pieza de plástico que se ensarta en un par de pines de configuración, y gracias a una lámina de cobre interna los cortocircuita, realizando una conexión en particular y activando una función especifica del Drive. Se puede tomar como general la disposición de tres pares de pines, que permiten configurar la posición del Drive como: Master, Slave y Cable Select. De fábrica los discos vienen como Master, para poder trabajar como disco único. Si el disco se va ha instalar como segundo disco en una computadora, hay que determinar antes de instalarlo, si su asignación será de Master o Slave y colocar el Jumper como corresponda. Siempre hay que tener a mano la documentación para saber la ubicación y características de los Jumpers, ya que como dijimos estos varían de marca a marca y de modelo a modelo, de manera que el sistema reconozca correctamente los dispositivos. El Cable Select En sistemas que utilizan el Cable Select para identificar a los discos, la ubicación en el cable es la que determina si el disco es Master o Slave. Como no es muy usada, se recomienda no conectar los discos con esta característica habilitada excepto que uno este seguro que el sistema utiliza este tipo de asignación. El cable plano incluido con los mothers, es un cable IDE estándar y no puede ser usado en estos sistemas. La definición de Jumpers para Master / Slave descripta anteriormente para los discos no se puede usar en estos sistemas. A su vez hace falta un cable especial para usar en sistemas que utilicen el Cable Select. Conflictos En determinadas ocasiones surgen problemas de compatibilidad, impidiendo que dos discos determinados puedan trabajar en conjunto, como Master/Slave. Sobre todo cuando se mezclan discos de generaciones diferentes. Si el Master es un disco IDE viejo y el Slave es un disco IDE de reciente fabricación (Ultra ATA), lo más probable es que el disco viejo no pueda comandar al disco nuevo. Ante este inconveniente una solución es intercambiar las posiciones de Master/Slave, haciendo que el disco nuevo sea el Master y el antiguo el Slave. En muchos casos esto resuelve el conflicto. De no ser así, se pueden poner ambos como Master y conectar uno en el canal primario y el otro en el secundario. De esta manera cada disco estará controlado por su controladora interna y no habrá inconvenientes de compatibilidad. Esta alternativa también es valida cuando no poseemos información de los Jumpers de los discos ó no podemos configurarlos como Master /Slave. RECONOCIMIENTO DESDE EL MOTHERBOARD Como hemos comentado los motherboards actuales proseen una interface doble IDE y es en el Set up donde se asignarán los parámetros de manejo de los discos. Hay dos maneras de asignar un disco, automática o manualmente. El programa Set up (del BIOS) administra la configuración del sistema (discos floppy, discos rígidos, video, etc.) usada para identificar los dispositivos conectados en la computadora durante el arranque del sistema (Booteo). Esto incluye la información acerca de que tipo y cuantos discos rígidos hay conectados. Cuando se enciende un equipo por primera vez, al no tener valores válidos asignados, el Set up del BIOS CMOS tomará los valores por defecto asignando a los discos rígidos que encuentre, la opción de reconocimiento automático. Esta buscará cada vez que se enciende el

22 equipo los valores de geometría de los discos. Los parámetros no siempre estarán correctos o pueden no coincidir con los utilizados en el formateo de l disco. Pero para que la computadora reconozca a un rígido es necesario que el BIOS del sistema tenga la información correcta. Para ello el Set up trae las opciones de configuración manual. NOTA: Cuando se entren los valores para un disco, tener cuidado de no cambiar otros parámetros del BIOS, u otras partes del sistema pueden no funcionar correctamente. Todos los sistemas nuevos, con BIOS fechados después de Julio de 1994, soportan discos de gran capacidad. Es necesario determinar si el sistema provee soporte para discos de gran capacidad antes de entrar los parámetros, ya que esto afectará los parámetros a ingresar en el BIOS. PARÁMETROS DEL BIOS Los fabricantes de BIOS, como AMI, Award y Phoenix, proveen sus fuentes de programas de BIOS a los fabricantes de motherboards, y OEM s quienes tienen la capacidad de hacer modificaciones en algunas de las descripciones y definiciones para cumplir con sus requerimientos particulares. Estos cambios incluyen como acceder al BIOS, la apariencia de la información en la pantalla y la posición de los parámetros dentro del BIOS. Habrá que referirse al manual o al proveedor para obtener el procedimiento particular del modelo de motherboard a configurar. Los mothers más recientes proveen descripciones de los discos como Primario Master, Primario Slave, Secundario Master y Secundario Slave, correspondiente a la configuración de cada disco en su cable y a la posición asignada. Tomar en cuenta que los motherboards más antiguos pueden no usar esta terminología. La siguiente es una secuencia típica usada para configurar un disco rígido: Prender el equipo. Durante la secuencia de encendido corra el programa Set up del BIOS (comúnmente apretando la tecla Del, cuando el sistema lo solicita). Una vez en el Set up entre al menú de discos rígidos (HD) y seleccione las entradas correctas según la posición de cada disco. Si el programa tiene la opción autodetect puede usarla para tomar los parámetros desde el propio disco y comprobar que coincidan con los impresos en su manual o en la etiqueta de identificación del disco. Realizar esto para cada uno de los discos instalados. Recordando que el sistema debe re-arrancar para que los valores tomen efecto. Luego de que el disco ha sido detectado verificar la configuración de la geometría y el modo de acceso. Estos valores son TYPE (tipo), SIZE (tamaño), CYLS (cilindros), HEAD (cabezas), PRECOMP (precompensación), LANDZ (zona de estacionamiento), SECTOR (sectores), MODO (modo de acceso). TYPE, el tipo determina, desde una tabla, un número de 1 a 45 que corresponde a distintas capacidades y geometrías. En general los discos actuales exigen la posición 47 o USER (según el fabricante), para entrar los valores de discos que no estén en la tabla, también llamada UDT (User Definable Type = tipo definido por el usuario). SIZE, da el tamaño del disco en Mega Bytes.

23 CYLS, es la cantidad de cilindros declarados, el rango va de 1 a HEAD, es la cantidad de cabezas declaradas, el rango va de 1 a 16. PRECOMP, es el número de cilindro luego del cual el disco cambia el tiempo de escritura, llamada precompensación. Ya no se usa más en los discos nuevos. LANDZ, Es el número de cilindro donde las cabezas de lectura /escritura se posicionan cuando el disco esta parado. El rango va de 1 a SECTOR, Es el número de sectores por cada pista en el disco, su rango es de 1 a 64. MODE, es el modo de acceso al disco, los mas viejos solo tienen NORMAL, los de más de 512 Mb usan LBA (Logical Block Address = Direccionamiento de bloques lógicos) y en casos especiales se utiliza el formato LARGE. Comentario: cuando el modo LBA se habilita, algunos BIOS (típicamente el Award), cambian los valores de los cilindros y cabezas, dividiendo el numero de cilindros por 2, 4, 8 o 16 y multiplicando las cabezas por el mismo valor. Esta operación no cambia la capacidad del disco rígido. Si se utiliza el proceso de detección automática, verificar que el modo LBA queda habilitado, ya que algunos BIOS no lo habilitan en el autodetect. LA SECUENCIA DE ENCENDIDO La secuencia de encendido de un equipo comienza con el reconocimiento de las funciones básicas, el video, el teclado, la memoria, realizando un reconocimiento de las configuraciones y chequeándolas con las declaradas en la configuración del Set up, luego y en función de los parámetros declarados para el HD se accede al sector 1 de la cabeza 0 del cilindro 0 y se leerá el sector MBR de arranque, de esta forma se posee la información necesaria para la interpretación de la tabla de particiones, en la cual está la información de donde comienza y termina cada una y cual es la activada para cargar el sistema. Luego el proceso de arranque o Booteo continua hasta la carga del sistema operativo, momento en el cual este toma el control del sistema. En esta secuencia, en el momento en que es leída la tabla de particiones, se le asigna una letra de dispositivo lógico a cada partición de MS DOS. Así por ejemplo podríamos tener en un disco una primera partición DOS, luego una partición de otro sistema operativo (LINUX por ejemplo) y a continuación nuevamente una partición de DOS. En este ejemplo la primer partición DOS recibirá la asignación lógica C y la tercer partición también de DOS la letra D. Como la segunda partición no es de DOS no tiene letra asignada porque el sistema no la reconoce y no es capaz de trabajar con ella. Como vemos, cada vez que el equipo arranca hace las asignaciones lógicas. Exactamente por lo descripto, es que cuando con el utilitario FDISK, hacemos algún cambio en la tabla de particiones como crear, borrar o agregar alguna partición, el sistema debe arrancar nuevamente para reasignar las letras según sean necesarias. PRECAUCIONES CUANDO HAY MÁS DE UN DISCO INSTALADO