Capítulo – 2
Introducción de discos duros
Introducción
En el mundo informático actual, los discos duros han demostrado ser la parte más importante de una computadora. Hoy en día, el disco duro es el principal dispositivo de almacenamiento que se usa más comúnmente para almacenar todo tipo de datos, así como uno de los componentes más interesantes de la computadora.
Será muy difícil para los usuarios de computadoras modernas siquiera considerar cómo sería la vida de la computadora sin unidades de disco duro, ya que la mayoría de nosotros almacenamos miles de millones de bytes de información en nuestras computadoras.
En las primeras computadoras no había almacenamiento en absoluto. Cada vez que quisiera ejecutar un programa, tendría que ingresar el programa manualmente. Incluso más que eso, hizo imposible la mayor parte de lo que hoy consideramos computación, ya que no había una manera fácil de hacer que una computadora trabajara con los mismos datos una y otra vez. Rápidamente se dio cuenta de que era necesario algún tipo de almacenamiento permanente para que las computadoras se convirtieran en herramientas realmente útiles.
El primer medio de almacenamiento utilizado en las computadoras fue en realidad el papel. Los programas y los datos se registraron utilizando agujeros perforados en cinta de papel o tarjetas perforadas. Un lector especial usó un haz de luz para escanear las tarjetas o la cinta. Donde se encontró un agujero, se leyó un "1" y donde el papel bloqueó el sensor, un "0". o viceversa.
Aunque fue una gran mejora con respecto a nada, estas tarjetas seguían siendo muy incómodas de usar. Básicamente, tenía que escribir todo el programa desde cero en papel y hacerlo funcionar en su mente antes de comenzar a intentar ponerlo en las tarjetas porque si cometía un error, tenía que volver a perforar muchas de las tarjetas. Era muy difícil visualizar con qué estabas trabajando.
El siguiente gran avance sobre el papel fue la creación de la cinta magnética. Estas cintas magnéticas, que grababan información de manera similar a como se graba el audio en una cinta, eran mucho más flexibles, duraderas y más rápidas que las cintas de papel o las tarjetas perforadas.
Por supuesto, la cinta todavía se usa en las computadoras modernas, pero como una forma de almacenamiento secundario o fuera de línea. Antes de los discos duros, eran el almacenamiento principal de algunas computadoras. Su principal desventaja es que deben leerse linealmente; puede llevar minutos pasar de un extremo de la cinta al otro, lo que hace que el acceso aleatorio no sea práctico.
Bueno, volviendo a nuestro tema. IBM presentó el primer disco duro que sería viable para el desarrollo comercial. No era como las unidades de disco que se usan hoy en día. Usaron tambores cilíndricos giratorios, sobre los cuales se almacenaron los patrones magnéticos de los datos. Los tambores eran grandes y difíciles de manejar. Los primeros discos duros verdaderos tenían las cabezas del disco duro en contacto con la superficie del disco. Esto se hizo para permitir que la electrónica de baja sensibilidad de la época pudiera leer mejor los campos magnéticos en la superficie del disco, pero las técnicas de fabricación en ese momento no eran tan sofisticadas como lo son ahora, y no era posible obtener la superficie del disco tan suave como era necesario para permitir que la cabeza se deslizara suavemente sobre la superficie del disco a alta velocidad mientras estaba en contacto con él. Con el tiempo, las cabezas se desgastarían o desgastarían el revestimiento magnético de la superficie del disco.
Como descubrimiento crítico de la nueva tecnología de IBM en la que no era necesario el contacto con la superficie del disco, se convirtió en la base de los discos duros modernos. El primer disco duro de este tipo fue el IBM 305 RAMAC (método de contabilidad y control de acceso aleatorio) presentado el 13 de septiembre de 1956. Este disco duro podía almacenar cinco millones de caracteres que eran aproximadamente cinco megabytes con una tasa de transferencia de datos de 8800 bytes. por segundo.
En 1962, IBM presentó el archivo de disco avanzado modelo 1301. El avance clave de esta unidad de disco fue la creación de cabezales que flotaban o volaban sobre la superficie del disco en un cojinete de aire que reducía la distancia entre los cabezales y la superficie de los discos de 800 a 250 micropulgadas.
En 1973, IBM presentó la unidad de disco modelo 3340, que comúnmente se considera el padre del disco duro moderno que tenía dos ejes separados, uno permanente y otro extraíble, cada uno con una capacidad de 30 MB. El modelo 3370 de IBM presentado en 1979 fue el primer disco con cabezales de película delgada. En el mismo año, IBM presentó el modelo 3310, que es la primera unidad de disco con platos de 8", con un tamaño muy reducido en comparación con los 14" que habían sido el estándar durante más de una década.
La primera unidad de disco duro diseñada en el factor de forma de 5,25" que se usó en las primeras PC fue la Seagate ST-506. Tenía cuatro cabezales y una capacidad de 5 MB. IBM pasó por alto la ST-506 y eligió la ST-412- -un disco de 10 MB en el mismo factor de forma--para IBM PC/XT, lo que lo convierte en la primera unidad de disco duro ampliamente utilizada en el mundo de las PC y compatibles con PC.
En el año 1983, Rodime presentó RO352, la primera unidad de disco en usar el factor de forma de 3,5", que se convirtió en uno de los estándares más importantes de la industria. En 1985, Quantum presentó Hardcard, un disco duro de 10,5 MB montado en un ISA tarjeta de expansión para PC que se fabricaron originalmente sin disco duro.
En 1986, Conner Peripherals presentó el CP340. Fue la primera unidad de disco en utilizar un actuador de bobina de voz. En el año 1988, Conner Peripherals introdujo el CP3022, que fue el primer disco de 3,5" en usar la altura reducida de 1" ahora llamada "perfil bajo" y el estándar para los discos modernos de 3,5". Ese mismo año, PrairieTek introdujo un disco de 2,5". platos En 1990, IBM presentó el modelo 681 (Redwing), una unidad de 857 MB. Fue el primero en utilizar cabezales MR y PRML.
La unidad de mainframe "Pacifica" de IBM, presentada en 1991, es la primera en reemplazar los medios de óxido por medios de película delgada en la superficie del plato. En el mismo año, 1820 de Integral Peripherals es el primer disco duro con platos de 1,8", que luego se usó para unidades de disco PC-Card. En el año 1992, Hewlett Packard presentó C3013A, que es la primera unidad de 1,3".
Hay una serie de desarrollos que tuvieron lugar en la historia de los discos duros para dar el diseño, el rendimiento de la forma y las capacidades actuales a los discos de hoy. Estos son difíciles de contar en detalle dentro de este libro.
Componentes del disco duro
Un disco duro tiene los siguientes componentes principales:
- Platos de discos y medios
- Cabezas de lectura/escritura
- Deslizadores de cabeza, brazos y actuador
- Motor de husillo de disco duro
- Conectores y puentes
- Placa lógica
- Caché y circuitos de caché
Componentes del disco duro
Platos de disco y medios
Cada disco duro utiliza uno o más (generalmente más de uno) discos redondos planos llamados platos, recubiertos en ambos lados con un material multimedia especial diseñado para almacenar información en forma de patrones magnéticos. Cada superficie de cada plato en el disco puede contener miles de millones de bits de datos.
Los platos se componen de dos sustancias principales, un material de sustrato que forma la mayor parte del plato y le da estructura y rigidez, y un revestimiento de medios magnéticos que en realidad retiene los impulsos magnéticos que representan los datos.
La calidad de los platos y, en particular, el recubrimiento de los medios es fundamental. El tamaño de los platos en el disco duro es el principal determinante de sus dimensiones físicas generales, también llamado factor de forma de la unidad; la mayoría de las unidades se producen en uno de los diversos factores de forma de disco duro estándar.
A veces se hace referencia a los discos duros por una especificación de tamaño. Si alguien tiene un disco duro de 3,5 pulgadas, significa que generalmente se refiere al factor de forma del disco y, normalmente, el factor de forma se nombra según el tamaño del plato. Los primeros discos duros tenían un tamaño nominal de 5,25", pero hoy en día el tamaño de disco más común es de 3,5"..
Las unidades portátiles suelen ser más pequeñas, debido al pequeño tamaño esperado y al menor peso de las mismas. Los platos de estas unidades suelen tener un diámetro de 2,5" o menos; 2,5" es el factor de forma estándar, pero las unidades con platos de 1,8" e incluso de 1,0" son cada vez más comunes en los equipos móviles.
Aunque las unidades extienden los platos a la mayor anchura posible del paquete de la unidad física, para maximizar la cantidad de almacenamiento que pueden empaquetar en la unidad, la tendencia general es hacia platos más pequeños. Estas son las razones principales por las que las empresas optan por platos más pequeños, incluso para las unidades de escritorio:
Los platos rígidos y rígidos son más resistentes a los golpes y las vibraciones, y son más adecuados para combinarse con ejes de mayor velocidad y otro hardware de alto rendimiento. Reducir el diámetro del plato del disco duro por un factor de dos cuadruplica aproximadamente su rigidez.
El tamaño reducido de los platos reduce la distancia que el actuador de la cabeza debe mover las cabezas de lado a lado para realizar búsquedas aleatorias. Esto mejora el tiempo de búsqueda y hace que las lecturas y escrituras aleatorias sean más rápidas.
Los ejes de disco duro más recientes están aumentando por razones de rendimiento de velocidad. Los platos más pequeños son más fáciles de girar y requieren motores menos potentes, así como más rápidos para girar hasta alcanzar la velocidad desde una posición detenida.
El plato de disco duro más pequeño disponible en la actualidad es de 1" de diámetro. La increíble unidad Micro de IBM tiene un solo plato y está diseñada para caber en cámaras digitales, agendas personales y otros equipos pequeños. El diminuto tamaño de los platos permite Microdrive para agotar la energía de la batería, girar y volver a girar en menos de un segundo.
Desde el punto de vista de la ingeniería, más platos también significan más masa y, por lo tanto, una respuesta más lenta a los comandos para iniciar o detener la unidad. Se puede compensar con un motor de husillo más fuerte, pero eso lleva a otras compensaciones.
De hecho, la tendencia reciente ha sido hacia discos duros con menos cabezas, brazos y platos, no más. La densidad de área continúa aumentando, lo que permite la creación de unidades grandes sin usar muchos platos. Esto permite a los fabricantes reducir el número de platos para mejorar el tiempo de búsqueda sin crear unidades demasiado pequeñas para el mercado.
El factor de forma del disco duro también tiene una gran influencia en la cantidad de platos en una unidad. Hay varios factores que están relacionados con la cantidad de platos utilizados en el disco. Las unidades con muchos platos son más difíciles de diseñar debido al aumento de masa de la unidad de husillo, la necesidad de alinear perfectamente todas las unidades y la mayor dificultad para mantener el ruido y la vibración bajo control.
Incluso entonces, aunque los ingenieros de discos duros querían poner muchos platos en un modelo en particular, el factor de forma de disco duro "delgado" estándar está limitado a 1 pulgada de altura, lo que limita la cantidad de platos que se pueden poner en un Unidad singular. Por supuesto, los ingenieros trabajan constantemente para reducir la cantidad de espacio necesario entre los platos, de modo que puedan aumentar la cantidad de platos en las unidades de una altura determinada.
Los patrones magnéticos que componen sus datos se graban en una capa de medios muy delgada en las superficies de los platos del disco duro; la mayor parte del material del plato se llama sustrato y no hace más que soportar la capa de medios. Para ser adecuado, un material de sustrato debe ser rígido, fácil de trabajar, liviano, estable, magnéticamente inerte, económico y fácilmente disponible. Tradicionalmente, el material más utilizado para fabricar platos ha sido una aleación de aluminio, que cumple con todos estos criterios.
Debido a la forma en que los platos giran con los cabezales de lectura/escritura flotando justo encima de ellos, los platos deben ser extremadamente suaves y planos, por lo que se han propuesto alternativas al aluminio, como vidrio, compuestos de vidrio y aleaciones de magnesio. Ahora parece cada vez más probable que el vidrio y los compuestos hechos con vidrio sean el próximo estándar para el sustrato del plato. En comparación con los platos de aluminio, los platos de cristal tienen varias ventajas:
- Mejor calidad:
- Rigidez mejorada:
- Platos más delgados:
- Estabilidad térmica:
Una desventaja del vidrio en comparación con el aluminio es su fragilidad, especialmente cuando se fabrica muy delgado.
El material de sustrato del que están hechos los platos forma la base sobre la que se deposita el medio de grabación real. La capa de medios es una capa muy delgada de material magnético que es donde se almacenan los datos reales. Por lo general, solo tiene unas pocas millonésimas de pulgada de grosor.
Los discos duros más antiguos usaban medios de óxido. Los medios de óxido son económicos de usar, pero también tienen varias deficiencias importantes. La primera es que es un material blando y se daña fácilmente con el contacto de un cabezal de lectura/escritura. La segunda es que solo es útil para almacenamiento de densidad relativamente baja. Funcionó bien para discos duros más antiguos con una densidad de datos relativamente baja, pero como los fabricantes buscaban empaquetar más y más datos en el mismo espacio, el óxido no estaba a la altura: las partículas de óxido se volvieron demasiado grandes para los pequeños campos magnéticos de los diseños más nuevos. .
Los discos duros actuales utilizan soportes de película fina. Los medios de película delgada consisten en una capa muy delgada de material magnético aplicada a la superficie de los platos. Se emplean técnicas de fabricación especiales para depositar el material multimedia en los platos.
En comparación con los medios de óxido, los medios de película delgada son mucho más uniformes y suaves. También tiene propiedades magnéticas muy superiores, lo que le permite almacenar muchos más datos en la misma cantidad de espacio. Después de aplicar los medios magnéticos, la superficie de cada plato generalmente se cubre con una fina capa protectora hecha de carbono. Además de esto, se agrega una capa lubricante súper delgada. Estos materiales se utilizan para proteger el disco de daños causados por el contacto accidental de los cabezales u otras materias extrañas que puedan entrar en la unidad.
Cabezales de lectura/escritura
Los cabezales son la interfaz de lectura/escritura del medio físico magnético en el que se almacenan los datos en un disco duro. Los cabezales hacen el trabajo de convertir bits en pulsos magnéticos y almacenarlos en los platos, y luego invierten el proceso cuando es necesario volver a leer los datos. Los cabezales son una de las partes más costosas del disco duro para permitir que aumenten las densidades de área y las velocidades de giro del disco.
Sin embargo, los cabezales GMR son más populares en el disco duro actual, se han propuesto varias tecnologías en varias ocasiones para los cabezales de lectura/escritura:
- Cabezas de ferrita
- Cabezas de metal en hueco (MIG)
- Cabezas de película delgada (TF)
- Cabezales magnetorresistivos anisotrópicos (AMR/MR)
- Cabezales magnetorresistivos gigantes (GMR)
- Cabezas magnetorresistivas (CMR) colosales
Los cabezales de lectura/escritura son un componente extremadamente crítico para determinar el rendimiento general del disco duro, ya que desempeñan un papel muy importante en el almacenamiento y la recuperación de datos. Las nuevas tecnologías de cabezales suelen ser el punto de partida para aumentar la velocidad y el tamaño de los discos duros modernos, por lo que los cabezales de lectura/escritura son la parte más sofisticada del disco duro, que en sí mismo es una maravilla tecnológica.
Cada bit de datos que se va a almacenar se graba en el disco duro mediante un método de codificación especial que convierte ceros y unos en patrones de inversiones de flujo magnético. Cada plato de disco duro tiene dos superficies utilizadas para almacenar los datos en general y normalmente hay una cabeza para cada superficie utilizada en la unidad. Dado que la mayoría de los discos duros tienen de uno a cuatro platos, la mayoría de los discos duros tienen entre dos y ocho cabezales. Algunas unidades más grandes pueden tener 20 cabezales o más. Solo un cabezal puede leer o escribir en el disco duro en un momento dado. Se utiliza un circuito especial para controlar qué cabeza está activa en un momento dado.
La cabeza flota sobre la superficie del disco y hace todo su trabajo sin tocar físicamente los platos. La cantidad de espacio entre las cabezas y los platos se denomina altura flotante o altura de vuelo o separación entre cabezas. Los ensamblajes de los cabezales de lectura/escritura se cargan con resortes utilizando el acero para resortes de los brazos del cabezal, lo que hace que los controles deslizantes presionen contra los platos cuando el disco está estacionario.
Esto se hace para garantizar que las cabezas no se alejen de los platos, por lo que mantener una altura de flotación exacta es esencial para un funcionamiento correcto. Cuando el disco gira hasta la velocidad de operación, la alta velocidad hace que el aire fluya debajo de los controles deslizantes y los levante de la superficie del disco. La distancia entre los platos y las cabezas es un parámetro de diseño específico que los fabricantes controlan estrictamente.
Un disco duro moderno tiene una altura flotante de 0,5 micropulgadas e incluso el cabello humano tiene un grosor de más de 2000 micropulgadas, por eso es tan importante mantener la suciedad fuera del disco duro. En realidad, es bastante sorprendente lo cerca que vuelan las cabezas de la superficie de los discos sin tocarse. Partículas de polvo, huellas dactilares incluso una partícula de humo es un gran problema para el cabezal de un disco duro.
Estructura de lectura y escritura de la unidad de disco duro
Cuando se aumenta la densidad de área de una unidad para mejorar la capacidad y el rendimiento, los campos magnéticos se hacen más pequeños y débiles. Para compensar, las cabezas deben hacerse más sensibles o la altura de flotación debe reducirse.
Cada vez que se reduce la altura flotante, se deben ajustar los aspectos mecánicos del disco para asegurarse de que los platos estén más planos, la alineación del conjunto del plato y los cabezales de lectura/escritura sea perfecta, y no haya polvo ni suciedad en la superficie de los platos. Las vibraciones y los golpes también se vuelven más preocupantes y deben compensarse.
Esta es una de las razones por las que los fabricantes están recurriendo a platos más pequeños, así como al uso de sustratos para platos de vidrio. Se prefieren los cabezales más nuevos como GMR porque permiten una mayor altura de vuelo que los cabezales más antiguos y menos sensibles, en igualdad de condiciones.
Choque de cabeza
Dado que los cabezales de lectura/escritura de un disco duro flotan en una capa microscópica de aire sobre los propios platos del disco, es posible que los cabezales entren en contacto con los medios del disco duro en determinadas circunstancias. Normalmente, los cabezales solo entran en contacto con la superficie cuando la unidad se está iniciando o deteniendo.
Un disco duro moderno gira 100 veces por segundo. Si los cabezales entran en contacto con la superficie del disco mientras está a velocidad operativa, el resultado puede ser pérdida de datos, daño a las cabezas, daño a la superficie del disco, o los tres. Esto generalmente se llama un choque de cabeza, dos de las palabras más aterradoras para cualquier usuario de computadora. Las causas más comunes de los bloqueos del cabezal son la contaminación que se atasca en el delgado espacio entre el cabezal y el disco, y la aplicación de golpes al disco duro mientras está en funcionamiento.
Estacionamiento principal
Cuando los platos no están girando, las cabezas descansan sobre la superficie del disco. Cuando los platos giran, las cabezas se frotan a lo largo de la superficie de los platos hasta que se gana la velocidad suficiente para que se levanten y floten sobre su colchón de aire. Cuando la unidad se reduce, el proceso se repite a la inversa. En ambos casos, durante un período de tiempo, las cabezas hacen contacto con la superficie del disco mientras está en movimiento.
Si bien los platos y los cabezales están diseñados teniendo en cuenta que se producirá este contacto, tiene sentido evitar que esto suceda en un área del disco donde hay datos.
Por esta razón, la mayoría de los discos reservan una pista especial designada para ser donde se colocarán las cabezas para los despegues y aterrizajes. Esta área se denomina zona de aterrizaje y no se colocan datos allí. El proceso de mover las cabezas a esta área designada se llama estacionamiento de cabezas.
Casi todos los sistemas operativos nuevos tienen una función incorporada para estacionar la cabeza automáticamente cuando es necesario. La mayoría de los primeros discos duros que usaban motores paso a paso no estacionaban automáticamente los cabezales del disco, por lo tanto, como precaución de seguridad, se escribieron muchas pequeñas utilidades que el usuario ejecutaría antes de apagar la PC de esos días. La utilidad indicaría al disco que mueva las cabezas a la zona de aterrizaje, y luego la PC podría apagarse de manera segura.
Un parámetro en la configuración del BIOS para el disco duro le dice al sistema qué pista era la zona de aterrizaje para el modelo particular de disco duro. Por lo general, era la siguiente pista numerada consecutivamente por encima de la numerada más grande que se usaba realmente para los datos. Las unidades de disco duro modernas accionadas por bobina de voz son todas de estacionamiento automático. Ya no es necesario aparcar manualmente los cabezales de los discos duros modernos.
Deslizadores de cabeza, brazos y actuador
Cuando se accede a los platos del disco duro para operaciones de lectura y escritura utilizando los cabezales de lectura/escritura montados en las superficies superior e inferior de cada plato, obviamente, los cabezales de lectura/escritura no flotan simplemente en el espacio. Deben mantenerse en una posición exacta en relación con las superficies que están leyendo y también deben moverse de una pista a otra para permitir el acceso a toda la superficie del disco.
Los cabezales se montan en una estructura que facilita este proceso, que a menudo se denomina conjunto de cabezal, conjunto de actuador o conjunto de cabezal-actuador. Se compone de varias partes diferentes. Los propios cabezales están montados sobre deslizadores de cabezales. Los deslizadores están suspendidos sobre la superficie del disco en los extremos de los brazos de la cabeza. Todos los brazos de la cabeza están fusionados mecánicamente en una sola estructura que el actuador mueve alrededor de la superficie del disco.
Deslizadores de cabeza
Cada cabeza de disco duro está montada en un dispositivo especial llamado control deslizante de cabeza o simplemente control deslizante para abreviar. La función del control deslizante es apoyar físicamente el parche y mantenerlo en la posición correcta en relación con el plato mientras el parche flota sobre su superficie. Los cabezales de lectura/escritura del disco duro son demasiado pequeños para usarlos sin conectarlos a una unidad más grande.
Los controles deslizantes tienen una forma especial para permitir que se desplacen con precisión sobre el plato. A medida que los cabezales de lectura/escritura del disco duro se han ido reduciendo de tamaño, también lo han hecho los controles deslizantes que los transportan. La principal ventaja de usar deslizadores pequeños es que reduce el peso que se debe jalar alrededor de la superficie de los platos, lo que mejora tanto la velocidad como la precisión del posicionamiento. Los deslizadores más pequeños también tienen menos área de superficie para contactar potencialmente con la superficie del disco. Cada control deslizante está montado en un brazo de cabeza para permitir que se mueva sobre la superficie del plato al que está acoplado.
Cabeza Brazos
Los brazos del cabezal son piezas delgadas de metal, normalmente de forma triangular, en las que se montan los deslizadores del cabezal que llevan los cabezales de lectura/escritura. Hay un brazo por cabezal de lectura/escritura, y todos ellos están alineados y montados en el actuador del cabezal para formar una sola unidad.
Esto significa que cuando el actuador se mueve, todos los cabezales se mueven juntos de manera sincronizada. Los propios brazos están fabricados con un material delgado y liviano, para permitir que se muevan rápidamente desde las partes internas hacia las externas de la unidad. Los diseños más nuevos han reemplazado los brazos sólidos con formas estructurales para reducir el peso y mejorar el rendimiento.
Las unidades más nuevas logran tiempos de búsqueda más rápidos en parte mediante el uso de actuadores más rápidos e inteligentes y brazos de cabeza más ligeros y rígidos, lo que permite reducir el tiempo para cambiar entre pistas. Una tendencia reciente en la industria de los discos duros ha sido la reducción del número de platos en varias familias de unidades. Incluso algunas unidades emblemáticas en varias familias ahora solo tienen tres o incluso dos fuentes, donde cuatro o cinco eran algo común hace aproximadamente un año.
Una de las razones de esta tendencia es que tener una gran cantidad de brazos de cabeza hace que sea difícil realizar el impulso con la precisión suficiente para permitir un posicionamiento muy rápido en búsquedas aleatorias. Esto se debe al aumento de peso en el conjunto del actuador debido a los brazos adicionales y también a problemas para alinear todos los cabezales.
Actuador de cabeza
El actuador es una parte muy importante del disco duro, porque cambiar de pista a pista es la única operación en el disco duro que requiere movimiento activo. Cambiar cabezas es una función electrónica, y cambiar de sector implica esperar a que el número de sector correcto gire y se coloque debajo de la cabeza. Cambiar las pistas significa que las cabezas deben moverse, por lo que asegurarse de que este movimiento se pueda realizar de forma rápida y precisa es de suma importancia.
El actuador es el dispositivo que se utiliza para colocar los brazos del cabezal en distintas pistas de la superficie del plato en diferentes cilindros, ya que todos los brazos del cabezal se mueven como una unidad síncrona, por lo que cada brazo se mueve en el mismo número de pista de su respectivo superficie. Los actuadores de cabeza vienen en dos variedades generales:
- Motores paso a paso
- Bobinas de voz
La principal diferencia entre los dos diseños es que el motor paso a paso es un sistema de posicionamiento absoluto, mientras que la bobina móvil es un sistema de posicionamiento relativo.
Todos los discos duros modernos utilizan actuadores de bobina de voz. El actuador de bobina de voz no solo es mucho más adaptable e insensible a los problemas térmicos. Es mucho más rápido y fiable que un motor paso a paso. El posicionamiento del actuador es dinámico y se basa en la retroalimentación del examen de la posición real de las pistas. Este sistema de retroalimentación de circuito cerrado también se denomina a veces servomotor o sistema de servoposicionamiento y se usa comúnmente en miles de aplicaciones diferentes donde el posicionamiento preciso es importante.
Motor de husillo
El motor del eje o el eje del eje es responsable de girar los platos del disco duro, lo que permite que el disco duro funcione. Un motor de husillo debe proporcionar una potencia de giro estable, confiable y constante durante miles de horas de uso continuo, a menudo, para permitir que el disco duro funcione correctamente porque muchas fallas de la unidad son en realidad fallas del motor del husillo, no de los sistemas de almacenamiento de datos.
El motor del eje de un disco duro debe tener la siguiente calidad para vivir mucho tiempo y mantener sus datos seguros durante mucho tiempo:
- Debe ser de alta calidad, para que pueda funcionar durante miles de horas y tolerar miles de ciclos de inicio y parada, sin fallar.
- Debe funcionar sin problemas y con un mínimo de vibración, debido a las estrechas tolerancias de los platos y cabezales dentro de la unidad.
- No debe generar cantidades excesivas de calor o ruido.
- No debería consumir demasiada energía.
- Debe tener su velocidad controlada para que gire a la velocidad adecuada.
Para satisfacer estas demandas, todos los discos duros de PC utilizan motores de eje de CC servocontrolados. Los motores del eje del disco duro están configurados para conexión directa. No se utilizan correas ni engranajes para conectarlos al eje del plato del disco duro. El eje sobre el que se montan los platos se conecta directamente al eje del motor.
Los platos se mecanizan con un orificio del tamaño exacto del husillo y se colocan en el husillo con anillos separadores entre ellos para mantener la distancia correcta y proporcionar espacio para los brazos de la cabeza. La cantidad de trabajo que debe realizar el motor del husillo depende de los siguientes factores:
El tamaño y la cantidad de platos: los platos más grandes y más platos en una unidad significan más masa para que gire el motor, por lo que se requieren motores más potentes. Lo mismo ocurre con las unidades de alta velocidad.
o Administración de energía: Hoy en día, los usuarios desean cada vez más discos duros que giren rápidamente desde una posición detenida a la velocidad de funcionamiento, lo que también requiere motores más rápidos o más potentes.
Como en los discos duros más nuevos se supone que la velocidad del eje es un tema importante, también se ha convertido en un punto importante en los discos duros para controlar la cantidad de ruido, calor y vibración generada por los discos duros debido a la alta velocidad del eje.
Algunas unidades más nuevas, especialmente los modelos de 7200 y 10 000 RPM, pueden hacer mucho ruido cuando están funcionando. Si es posible, es buena idea revisar un disco duro en funcionamiento antes de comprarlo, para evaluar su nivel de ruido y ver si te molesta; esto varía mucho de un individuo a otro. El ruido producido también varía en cierta medida dependiendo de la unidad individual, incluso en la misma familia. El calor creado por el motor del eje puede eventualmente dañar el disco duro, razón por la cual los discos duros más nuevos están prestando más atención a su enfriamiento.
Conectores y Puentes
Hay varios conectores y puentes diferentes en un disco duro que se utilizan para configurar el disco duro y conectarlo al resto del sistema. La cantidad y los tipos de conectores en el disco duro dependen de la interfaz de datos que utiliza para conectarse al sistema, el fabricante de la unidad y cualquier característica especial que pueda tener la unidad.
Las instrucciones para configurar los puentes comunes suelen estar impresas directamente en la unidad. Las unidades de disco duro utilizan un conector macho estándar de 4 pines que toma uno de los conectores de alimentación que provienen de la fuente de alimentación. Este conector de plástico de 4 hilos proporciona +5 y +12 voltaje al disco duro.
Hay dos tipos de interfaces que, por lo general, las unidades de disco duro modernas utilizan:
- IDE/ATA: Tiene un conector rectangular de 40 pines.
- SCSI: conector en forma de D de 50, 68 u 80 pines. Todos estos tres números pin representan un tipo diferente de disco SCSI como:
- Un conector de 50 pines significa que el dispositivo es SCSI estrecho.
- 68 pines significa SCSI ancho.
- 80 pines significan SCSI ancho con conexión de conector único (SCA).
Conectores y Puentes
Los conectores de las unidades de disco duro generalmente tienen la forma de una cuadrícula rectangular de pines 2xN (donde N es 20, 25, 34 o 40 dependiendo de la interfaz). La mayoría de los conectores de interfaz SCSI actuales están codificados para evitar una inserción incorrecta porque tienen forma de D, este no siempre es el caso para otras interfaces.
Por esta razón, es importante asegurarse de que el cable esté orientado de la manera correcta antes de enchufarlo. El cable tiene una raya roja para indicar el cable 1 y el disco duro usa marcadores de una forma u otra para indicar el pin correspondiente 1.
Los discos duros IDE/ATA son bastante estándar en términos de puentes. Por lo general, solo hay unas pocas configuraciones de puentes y no varían mucho de una unidad a otra. Estos son los ajustes del puente que normalmente encontrará en un disco duro:
Selección de unidad: Puede haber dos unidades, maestra y esclava en el mismo canal IDE. Normalmente se utiliza un puente para decirle a cada unidad si debe funcionar como maestro o esclavo en el canal IDE.
Para una sola unidad en un canal, la mayoría de los fabricantes indican que la unidad se puentee como maestra, mientras que algunos fabricantes, en particular Western Digital, tienen una configuración separada para una sola unidad en lugar de una maestra en un canal con un esclavo. Los términos maestro y esclavo son engañosos ya que las unidades realmente no tienen una relación operativa.
Esclavo presente: Algunas unidades tienen un puente adicional que se usa para decirle a una unidad configurada como maestra que también hay una unidad esclava en el canal ATA. Esto solo es necesario para algunas unidades más antiguas que no admiten la señalización de canal IDE maestro/esclavo estándar.
Selección de cable: Algunas configuraciones usan un cable especial para determinar qué unidad es maestra y cuál es esclava, y cuándo se usa este sistema un puente de selección de cable normalmente está habilitado.
Puente de restricción de tamaño: Algunas unidades de disco duro más grandes no funcionan correctamente en computadoras más antiguas que no tienen un programa BIOS o disco duro grande. el soporte de disco los reconoce. Para evitar esto, algunas unidades tienen puentes especiales que, cuando se configuran, harán que aparezcan como un tamaño más pequeño de lo que realmente son en el BIOS para compatibilidad.
Por ejemplo, algunos discos duros de 2,5 GB tienen un puente que hará que aparezcan como discos duros de 2,1 GB en un sistema que no admita nada superior a 2,1 GB. Estos también se denominan a veces puentes de limitación de capacidad y varían de un fabricante a otro.
Ejemplo de configuración de puentes de un modelo de disco duro de Seagate Technology
Los discos duros SCSI tienen controladores más sofisticados que los de los discos duros IDE/ATA, por lo que SCSI suele tener muchos más puentes que se pueden configurar para controlar su funcionamiento. También tienden a variar mucho más de un fabricante a otro y de un modelo a otro en cuanto a la cantidad y los tipos de puentes que tienen.
Por lo general, los siguientes son los puentes de unidades SCSI más comunes e importantes:
ID de dispositivo SCSI: Cada dispositivo en un bus SCSI debe identificarse de manera única para fines de direccionamiento. Las unidades SCSI angostas tendrán un conjunto de tres puentes que se pueden usar para asignar al disco un número de identificación del 0 al 7. Las unidades SCSI anchas tendrán cuatro puentes para habilitar los números de identificación del 0 al 15. Algunos sistemas no usan puentes para configurar ID de dispositivos SCSI.
Puentes de unidades SCSI
Activación de terminación: Los dispositivos en los extremos del bus SCSI deben terminar el bus para que funcione correctamente. Si el disco duro está al final del bus, la configuración de este puente hará que termine el bus para que funcione correctamente. No todas las unidades admiten la terminación.
Deshabilitar inicio automático: Si está presente, este puente le indicará a la unidad que no gire automáticamente cuando se aplique energía, sino espere un comando de inicio a través del bus SCSI. Esto generalmente se hace para evitar una carga de arranque excesiva en la fuente de alimentación. Algunos fabricantes invierten el sentido de este jersey; deshabilitan el inicio de forma predeterminada y proporcionan un puente Habilitar inicio automático.
Retardo de inicio automático: Este puente le dice a la unidad que se inicie automáticamente, pero espere una cantidad predefinida de segundos desde que se aplica energía. También se utiliza para compensar la carga de arranque del motor en sistemas con muchos variadores.
Stagger Spin: Cuando un sistema con muchas unidades de disco duro tiene esta opción configurada para cada unidad, las unidades escalonan su tiempo de inicio multiplicando una constante definida por el usuario multiplicada por su ID de dispositivo SCSI. Esto garantiza que no se inicien simultáneamente dos unidades en el mismo canal SCSI.
Estrecho o ancho: Algunas unidades tienen un puente para controlar si funcionarán en modo estrecho o ancho.
Force SE: Permite que Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ u otras unidades LVD SCSI se vean obligadas a usar un solo extremo (SE) en lugar de LVD (diferencial de bajo voltaje).
Desactivar paridad: Desactiva la comprobación de paridad en el bus SCSI, para compatibilidad con adaptadores host que no admiten las funciones.
Esto no es todo. Muchas unidades SCSI tienen algunas características especiales adicionales que se activan mediante más puentes. Algunas unidades han reemplazado algunos de sus puentes con comandos de software enviados a través de la interfaz SCSI.
Placa lógica
Las unidades de disco duro más nuevas se han introducido con muchas características y mayor velocidad y el desarrollo aún está en progreso. Para controlar todas estas funciones y proporcionar las funciones de alto rendimiento del disco de la forma avanzada en que se espera que lo sean, todos los discos duros modernos se fabrican con una placa de circuito inteligente integrada en la unidad de disco duro. Esta placa de circuito se llama placa lógica de disco duro. Una placa lógica utiliza los siguientes componentes importantes para proporcionar una variedad de funciones y características a un disco duro:
- Circuito de control
- Circuitos de detección, amplificación y conversión
- Hardware de interfaz
- Firmware
- Reordenamiento y control de comandos múltiples
Las dos interfaces más comunes populares hoy en día para discos duros de PC, IDE (electrónica de unidad integrada) y SCSI (interfaz de sistemas informáticos pequeños), utilizan controladores integrados. El nombre más correcto para la interfaz IDE es AT Attachment o ATA (Advanced Technology Attachment). Los discos duros modernos tienen una placa lógica muy sofisticada que contiene más memoria y procesadores internos más rápidos que una PC completa incluso de mediados de la década de 1980.
La placa lógica realiza varias funciones importantes antes. Por lo tanto, los circuitos lógicos deben ser más potentes para manejar cambios como la traducción de geometría, características de confiabilidad avanzadas, tecnologías de cabeza más complicadas, interfaces más rápidas y transmisión de datos de mayor ancho de banda desde el propio disco.
La placa lógica interna de un disco duro contiene un microprocesador, una memoria interna y otras estructuras y circuitos que controlan lo que sucede dentro de la unidad. Algunas de las funciones más importantes del circuito de control del variador son las siguientes:
- Controlar el motor del husillo, lo que incluye asegurarse de que el husillo funcione a la velocidad correcta.
- Controlar el movimiento del actuador a varias pistas.
- Gestionar todas las operaciones de lectura y escritura.
- Implementación de funciones de administración de energía.
- Manejar la traducción de geometría.
- Gestionar la memoria caché interna y las funciones de optimización, como la búsqueda previa.
- Coordinar e integrar las otras funciones mencionadas en esta sección, como el flujo de información a través de la interfaz del disco duro, optimizar múltiples solicitudes, convertir datos hacia y desde la forma en que los cabezales de lectura/escritura lo requieren, etc.
- Implementación de todas las funciones avanzadas de rendimiento y confiabilidad.
Los discos duros modernos tienen microprocesadores internos y la mayoría de ellos también tienen un software interno que los ejecuta. Estas rutinas ejecutan la lógica de control y hacen que el variador funcione. De hecho, esto no es realmente software en el sentido convencional, porque estas instrucciones están incrustadas en la memoria de solo lectura. Este código es análogo al BIOS del sistema, rutinas de control basadas en hardware de bajo nivel, integradas en la ROM. Suele llamarse firmware.
Esta es la razón por la que a veces el firmware se denomina el enlace intermedio del hardware y el software. En muchas unidades, el firmware se puede actualizar bajo el control del software.
Caché y circuitos de caché
La función de la memoria caché integrada (también conocida como búfer) de un disco duro es actuar como un búfer entre un dispositivo relativamente rápido y uno relativamente lento. En el caso de los discos duros, la memoria caché se utiliza para almacenar los resultados de lecturas recientes del disco y también para obtener previamente información que es probable que se solicite en un futuro cercano, por ejemplo, el sector o sectores inmediatamente posteriores al que se acaba de solicitar. .
Por lo tanto, el propósito de este caché no es diferente al de otros cachés que se usan en la PC, aunque normalmente no se considera parte de la jerarquía normal de caché de la PC. Siempre debe tener en cuenta que cuando alguien habla genéricamente sobre un caché de disco, por lo general no se refiere a esta pequeña área de memoria dentro del disco duro, sino a un caché de memoria del sistema reservado para los accesos de búfer al sistema de disco.
El uso de caché mejora el rendimiento de cualquier disco duro, al reducir la cantidad de accesos físicos al disco en lecturas repetidas y al permitir que los datos se transmitan desde el disco sin interrupciones cuando el bus está ocupado. La mayoría de los discos duros modernos tienen entre 512 KB y 2 MB de memoria caché interna, incluso algunas unidades SCSI de alto rendimiento también tienen hasta 16 MB.
La memoria caché de un disco duro es importante debido a la gran diferencia en las velocidades del disco duro y la interfaz del disco duro. Encontrar una pieza de datos en el disco duro implica un posicionamiento aleatorio e incurre en una penalización de milisegundos a medida que se mueve el actuador del disco duro y el disco gira alrededor del eje. Por eso los discos duros tienen buffers internos.
El principio básico detrás del funcionamiento de un caché simple es sencillo. La lectura de datos del disco duro generalmente se realiza en bloques de varios tamaños, no solo en un sector de 512 bytes a la vez. El caché se divide en segmentos o partes, cada una de las cuales puede contener un bloque de datos.
Cuando se realiza una solicitud de datos del disco duro, primero se consulta el circuito del caché para ver si los datos están presentes en alguno de los segmentos del caché. Si está presente, se alimenta a la placa lógica sin que sea necesario acceder a los platos del disco duro. Si los datos no están en la memoria caché, se leen del disco duro, se suministran al controlador y luego se colocan en la memoria caché en caso de que se soliciten nuevamente.
Dado que la memoria caché tiene un tamaño limitado, solo hay una cantidad determinada de datos que se pueden retener antes de que los segmentos deban reciclarse. Por lo general, la pieza de datos más antigua se reemplaza por la más nueva. Esto se denomina almacenamiento en caché circular, primero en entrar, primero en salir (FIFO) o envolvente.
En un esfuerzo por mejorar el rendimiento, la mayoría de los fabricantes de discos duros han implementado mejoras en sus circuitos de gestión de caché, especialmente en unidades SCSI de gama alta:
Segmentación adaptativa: Los cachés convencionales se dividen en varios segmentos de igual tamaño. Dado que se pueden realizar solicitudes de bloques de datos de diferentes tamaños, esto puede provocar que parte del almacenamiento de la memoria caché en algunos segmentos se desperdicie y, por lo tanto, se desperdicie. Muchas unidades más nuevas cambian dinámicamente el tamaño de los segmentos según la cantidad de espacio que se requiere para cada acceso, a fin de garantizar una mayor utilización. También puede cambiar el número de segmentos. Esto es más complejo de manejar que los segmentos de tamaño fijo y puede resultar en desperdicio si el espacio no se administra adecuadamente.
Precarga: La lógica de caché de una unidad, basada en el análisis de patrones de acceso y uso de la unidad, intenta cargar en parte de los datos de la caché que aún no se ha solicitado pero que anticipa que se solicitarán próximamente. Por lo general, esto significa cargar datos adicionales además de los que se acaban de leer del disco, ya que estadísticamente es más probable que se soliciten a continuación. Cuando se hace correctamente, esto mejorará el rendimiento hasta cierto punto.
Control de usuario: Las unidades de alta gama han implementado un conjunto de comandos que permiten al usuario un control detallado del funcionamiento de la memoria caché de la unidad. Esto incluye permitir que el usuario habilite o deshabilite el almacenamiento en caché, establezca el tamaño de los segmentos, active o desactive la segmentación adaptable y la búsqueda previa, etc.
Aunque el búfer interno obviamente está mejorando el rendimiento, también tiene sus limitaciones. Ayuda muy poco si está haciendo muchos accesos aleatorios a datos en diferentes partes del disco, porque si el disco no ha cargado un dato recientemente en el pasado, no estará en el caché.
El búfer también es de poca ayuda si está leyendo una gran cantidad de datos del disco porque normalmente será muy pequeño si está copiando un archivo de 50 MB. Por ejemplo, en un disco típico con un búfer de 512 bytes, una parte muy pequeña del archivo podría estar en el búfer y el resto debe leerse desde el propio disco.
Debido a estas limitaciones, el caché no tiene tanto impacto en el rendimiento general del sistema como podría pensar. Cuánto ayuda depende de su tamaño hasta cierto punto, pero al menos tanto de la inteligencia de su circuito; al igual que la lógica del disco duro en general. Y al igual que la lógica en general, en muchos casos es difícil determinar exactamente cómo es la lógica de caché en una unidad determinada. Sin embargo, el tamaño de la memoria caché del disco es importante para su impacto general en la mejora del rendimiento del sistema.
El almacenamiento en caché de lecturas del disco duro y el almacenamiento en caché de escrituras en el disco duro son similares en algunos aspectos, pero muy diferentes en otros. Son los mismos en su objetivo general que es desacoplar la computadora rápida de la mecánica lenta del disco duro. La diferencia clave es que una escritura implica un cambio en el disco duro mientras que una lectura no.
Sin almacenamiento en caché de escritura, cada escritura en el disco duro implica un impacto en el rendimiento mientras el sistema espera que el disco duro acceda a la ubicación correcta en el disco duro y escriba los datos. Esto toma al menos 10 milisegundos en la mayoría de las unidades, lo cual es mucho tiempo en el mundo de las computadoras y realmente ralentiza el rendimiento mientras el sistema espera el disco duro. Este modo de operación se denomina almacenamiento en caché de escritura directa.
Cuando el almacenamiento en caché de escritura está habilitado y el sistema envía una escritura al disco duro, el circuito lógico registra la escritura en su memoria caché mucho más rápida y luego envía inmediatamente un reconocimiento al sistema operativo para completar el proceso. El resto del sistema puede continuar su camino sin tener que sentarse a esperar que el actuador se coloque en posición y que el disco gire, y así sucesivamente. Esto se denomina almacenamiento en caché de reescritura, porque los datos se almacenan en el caché y solo se vuelven a escribir en los discos más adelante. Por supuesto, la función de reescritura mejora el rendimiento.
Dado que la memoria caché es volátil, si se corta la energía, su contenido se pierde. Si hubo escrituras pendientes en el caché que aún no se escribieron en el disco, se han ido para siempre y el resto del sistema no tiene forma de saberlo porque cuando el disco duro lo indica como la finalización. Por lo tanto, no solo se pierden algunos datos, sino que el sistema ni siquiera sabe qué datos o si sucedió. El resultado final puede ser problemas de coherencia de archivos, daños en el sistema operativo, etc. Debido a este riesgo, en algunas situaciones el almacenamiento en caché de escritura no se usa en absoluto.
Esto es especialmente cierto para las aplicaciones donde la alta integridad de los datos es crítica. Sin embargo, debido a la mejora en el rendimiento que ofrece el almacenamiento en caché de escritura, se usa cada vez más a pesar del riesgo, y el riesgo se mitiga mediante el uso de tecnología adicional.
La técnica más común es simplemente asegurarse de que no se corte la energía. Para mayor tranquilidad, las mejores unidades que emplean el almacenamiento en caché de escritura tienen una función de limpieza de escritura que le indica a la unidad que escriba inmediatamente en el disco cualquier escritura pendiente en su caché. Este es un comando que comúnmente se enviaría antes de que se agotaran las baterías del UPS si el sistema detecta una interrupción de energía o justo antes de que el sistema se apague por cualquier otra razón.
Geometría de disco duro de bajo nivel
Cuando decimos geometría de disco duro de bajo nivel, no nos preocupamos mucho por conocer los circuitos físicos del disco. Aquí vamos a discutir los términos con los que vamos a tratar ahora para comprender la solución de problemas del disco y la programación de recuperación de datos anterior.
La geometría del disco duro de bajo nivel suele estar relacionada con los siguientes términos:
- Pista
- Cilindro
- Sector
- Cabeza o costado
Geometría de disco duro de bajo nivel
Los platos de un disco duro tienen dos lados para grabar los datos. Cada superficie del plato tiene círculos concéntricos invisibles, que se escriben en la superficie como información magnética durante el formateo del disco duro. Estos círculos se llaman pistas. Toda la información almacenada en un disco duro se registra en pistas. Las pistas están numeradas, comenzando desde 0, comenzando en el exterior del plato y aumentando a medida que avanza.
Sobre el número máximo de pistas y cilindros, lo discutiremos en detalle en los próximos capítulos. Sin embargo, por ahora podemos obtener el conocimiento de la geometría física de bajo nivel de un número máximo de cilindros, pistas, cabezas (lados) y sectores.
| Nombre |
Empezar desde |
Límite final |
Número total |
| Cilindros |
0 |
1023 |
1024 |
| Cabezas |
0 |
255 |
256 |
| Sectores |
1 |
63 |
63 |
En la superficie del plato de un disco duro, se accede a los datos moviendo los cabezales desde el interior hacia la parte exterior del disco. Esta organización de datos permite un fácil acceso a cualquier parte del disco, razón por la cual los discos se denominan dispositivos de almacenamiento de acceso aleatorio.
Pista de geometría de disco duro de bajo nivel
Cada pista puede contener miles de bytes de datos y, en general, este almacenamiento es de más de 5000 bytes. Por lo tanto, si hacemos un seguimiento de la unidad de almacenamiento más pequeña en el disco, se desperdiciará el espacio del disco, porque al hacer esto, los archivos pequeños que tienen un tamaño inferior a 5000 bytes desperdiciarán la cantidad de espacio y, en general, es bastante posible tener una cantidad de archivos en el disco que son mucho más pequeños que este tamaño.
De esta manera, hacer que una pista sea la unidad de almacenamiento más pequeña hará que los archivos pequeños desperdicien una gran cantidad de espacio. Por lo tanto, cada pista se divide en unidades más pequeñas llamadas sectores. El tamaño de cada sector es de 512 bytes es decir un sector puede contener 512 bytes de información.
Por lo tanto, la unidad básica de almacenamiento de datos en un disco duro es el sector. El nombre sector se refiere a una sección angular en forma de pastel de un círculo, limitada en dos lados por radios y el tercero por el perímetro del círculo. Puede ver una figura lógica que representa sectores en una pista dada a continuación.
Por lo tanto, en un disco duro que contiene pistas circulares concéntricas, esa forma definiría un sector de cada pista de la superficie del plato que intercepta. Esto es lo que se llama un sector en el mundo del disco duro, es un pequeño segmento a lo largo de una pista.
Según el estándar, cada sector de un disco duro puede almacenar 512 bytes de datos de usuario. Sin embargo, en realidad el sector contiene mucho más de 512 bytes de información. Se necesitan bytes adicionales para las estructuras de control y otra información necesaria para administrar la unidad, ubicar datos y realizar otras funciones de soporte.
Los detalles exactos de cómo se estructura un sector dependen del modelo de unidad y del fabricante. Sin embargo, los contenidos de un sector suelen incluir los siguientes elementos generales:
Información de ID: Convencionalmente, se deja espacio en cada sector para identificar el número y la ubicación del sector. Esto se utiliza para ubicar el sector en el disco y también incluye información de estado sobre el sector en esta área. Por ejemplo, un bit se usa comúnmente para indicar si el sector se marcó como defectuoso y se reasignó.
Campos de sincronización: Estos son utilizados internamente por el controlador de la unidad para guiar el proceso de lectura.
Datos: Los datos reales del sector.
Códigos de corrección de errores (ECC): Los códigos de corrección de errores se utilizan para garantizar la integridad de los datos.
Brechas: Las brechas son básicamente uno o más espaciadores agregados según sea necesario para separar otras áreas del sector o proporcionar tiempo para el controlador. para procesar lo que ha leído antes de leer más bits.
Además de los sectores, cada uno de los cuales contiene los elementos descritos, el espacio de cada pista también se utiliza para la información del servo. La cantidad de espacio que ocupa cada sector para los elementos generales es importante, porque cuantos más bits se utilicen para esta gestión, menos en general se podrán utilizar para los datos.
Esta es la razón por la que los fabricantes de discos duros se esfuerzan por reducir la cantidad de información de datos que no son de usuario que debe almacenarse en el disco. El porcentaje de bits en cada disco que se utilizan para datos, a diferencia de otras cosas descritas anteriormente, se conoce como eficiencia de formato. Por lo tanto, la mayor eficiencia de formato es una característica esperada de una unidad.
En el último enfoque para obtener la mayor eficiencia de formato hoy en día, los campos de ID se eliminan del formato de sector y, en lugar de etiquetar cada sector dentro del encabezado del sector, se almacena un mapa de formato en la memoria y se hace referencia cuando se debe ubicar un sector.
Este mapa también contiene información sobre los sectores que se han marcado mal y reubicados donde los sectores están en relación con la ubicación de la información del servo, etc. Este enfoque no solo mejora la eficiencia del formato, lo que permite almacenar hasta un 10 % más de datos en la superficie de cada plato, sino que también mejora el rendimiento. Dado que esta información de posicionamiento crítica está presente en la memoria de alta velocidad, se puede acceder a ella mucho más rápidamente.
Estructura del circuito físico de las unidades de disco duro hd del disco duro
Cada plato del disco duro utiliza dos cabezales (excepto en algunos casos especiales) para grabar y leer datos, uno para la parte superior del plato y otro para la parte inferior. Los cabezales que acceden a los platos están unidos en un conjunto de brazos de cabezales, por lo que todos los cabezales se mueven hacia adentro y hacia afuera juntos, por lo que cada cabezal siempre se ubica físicamente en el mismo número de pista.
Esta es la razón por la que no es posible tener un cabezal en la pista 0 y otro en la pista 1000. Debido a esta disposición, a menudo la ubicación de la pista de los cabezales no se conoce como número de pista sino como número de cilindro.
Un cilindro es básicamente el conjunto de todas las pistas en las que se encuentran actualmente todas las cabezas. Si un disco tiene cuatro platos, en general tendría ocho cabezas. Ahora supongamos que tiene los cilindros número 720.
Estructura de la geometría de los circuitos físicos del cilindro de las unidades de disco duro
Estaría compuesto por ocho conjuntos de pistas, una por superficie de plato con las pistas número 720. El nombre proviene del hecho de que estas pistas forman un cilindro esquelético porque son círculos del mismo tamaño apilados uno encima del otro. otro en el espacio, como se muestra en la figura anterior.
El direccionamiento de los factores del disco se realiza tradicionalmente haciendo referencia a cilindros, cabezas y sectores (CHS).
Formateo
Todos los medios de almacenamiento deben formatearse antes de poder utilizarse. Las utilidades utilizadas para formatear se comportan de manera diferente cuando actúan sobre discos duros que cuando se usan para disquetes. El formateo de un disco duro implica los siguientes pasos:
Particionamiento:
Este proceso divide el disco en partes lógicas que asignan diferentes volúmenes de disco duro o letras de unidad.
La partición del disco duro es uno de los métodos más efectivos disponibles para organizar los discos duros. Las particiones proporcionan un nivel de organización más general que los directorios y archivos. También ofrecen mayor seguridad al separar los datos de los sistemas operativos y las aplicaciones.
Las particiones le permiten separar los archivos de datos, de los que se debe hacer una copia de seguridad periódicamente, de los archivos del sistema operativo y del programa. La partición se convierte en una necesidad para el disco duro si está dispuesto a cargar más de un sistema operativo en el disco; de lo contrario, en la mayoría de los casos, es posible que pierda sus datos.
El primer sector de cualquier disco duro contiene una tabla de particiones. Esta tabla de particiones solo tiene espacio para describir cuatro particiones. Estas se llaman particiones primarias. Una de estas particiones primarias puede apuntar a una cadena de particiones adicionales. Cada partición de esta cadena se denomina partición lógica. Discutiremos los conceptos básicos de partición con enfoque lógico en detalle, en los próximos capítulos.
Formato de alto nivel:
Define las estructuras lógicas en la partición y coloca al inicio del disco los archivos necesarios del sistema operativo. Este paso también es un comando a nivel del sistema operativo.
El comando FORMAT de DOS que es FORMAT.COM se comporta de manera diferente cuando se usa en un disco duro que cuando se usa en un disquete. Los disquetes tienen una geometría simple y estándar y no se pueden particionar, por lo que el comando FORMAT está programado para formatear automáticamente un disquete de bajo y alto nivel, si es necesario, pero en el caso de los discos duros, FORMAT solo hará un alto nivel. formato.
Cuando hemos completado el formateo de bajo nivel, tenemos un disco con pistas y sectores pero nada escrito en ellos. El formateo de alto nivel es el proceso de escribir las estructuras del sistema de archivos en el disco que permiten que el disco se use para almacenar programas y datos.
Si está utilizando DOS, el comando FORMAT (es decir, FORMAT.COM) realiza este trabajo escribiendo estructuras como las tablas de asignación de archivos de registro de arranque de DOS y los directorios raíz en el disco. El formateo de alto nivel se realiza después de particionar el disco duro.
Capacidad de almacenamiento con formato y sin formato
El almacenamiento total de un disco duro depende de la capacidad formateada o no formateada. Una parte del espacio en un disco duro está ocupada por la información de formato que marca el inicio y el final de los sectores, ECC (Códigos de corrección de errores) y otra información general. Por esta razón, la diferencia puede ser bastante significativa.
Las unidades más antiguas que normalmente el usuario formateaba a bajo nivel a menudo mostraban su tamaño en términos de capacidad sin formatear.
Por ejemplo: tome el Seagate ST-412, la primera unidad utilizada en el IBM PC/XT original a principios de la década de 1980. El "12" en este número de modelo se refiere a la capacidad sin formato de la unidad de 12,76 MB. Formateado, en realidad es un disco de 10,65 MB.
La capacidad sin formato de un disco duro suele ser un 19 % (19 %) mayor que su capacidad formateada. Dado que nadie puede usar una unidad que no esté formateada, lo único que importa es la capacidad formateada y, por lo tanto, las unidades modernas siempre son formateadas a bajo nivel por los fabricantes.
La capacidad de un disco duro se puede expresar de las siguientes cuatro formas:
- Capacidad formateada en millones de bytes
- Capacidad formateada en megabytes
- Capacidad sin formato en millones de bytes
- Capacidad sin formato en megabytes
Ahora si tengo un disco duro con C–H–S = 1024*63*63 (Significa que el disco tiene número de cilindros = 1024, número de cabezas o lados = 63 número de sectores por pista = 63) y cada sector que tiene 512 bytes. La fórmula que calculará el tamaño del disco es la siguiente:
Tamaño total del disco (Bytes) = (Cilindros) X (Cabezas) X (Sectores) X
(Bytes por sector) |
Según esta fórmula, cuando calculemos el tamaño del disco duro dado en bytes, será
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 bytes
Ahora si calculo el Tamaño de mi disco en millones de bytes, será aproximadamente
= 2080.899072
~ 2081 millones de bytes
Tradicionalmente, el tamaño en millones de bytes se representa con M. Por lo tanto, el tamaño de mi disco en millones de bytes es de aproximadamente 2081 M.
Pero cuando digo la capacidad de mi disco duro en Megabytes, será aproximadamente 1985 y se escribirá como 1985 Megas.
De esta forma la fórmula general para calcular la capacidad de disco en Millones de bytes será la siguiente:
Y la fórmula general para calcular la capacidad del disco en Megabytes será la siguiente:
Página modificada el: 04/01/2022
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