El disco duro (página 2)

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Los Platos
Magnéticos

Platos es donde se almacena la información en un disco duro,
son de un material rígido, en contraste con la delgada
capa plástica de los disquetes Dichos platos son de
aluminio, con
un diámetro que se ha ido reduciendo gradualmente, e la
par que se he incrementado la capacidad de almacenamiento:
han pasado de 5.25 pulgadas en las primeras unidades a 3.5 de los
discos más usuales en maquines de escritorio y e un
tamaño de 2.5 ó 1.8 pulgadas para las maquinas
portátiles.

Si bien el aluminio ha sido durante mucho tiempo el
material mas utilizado, conforme ha ido avanzando la tecnología de
construcción de cabezas magnéticas,
ha mostrado serias limitaciones, sobre todo en le producción de superficies cada vez
más planas y perfectamente lisas Ante este
situación, los fabricantes de discos duros
están experimentando con nuevos materiales,
como el vidrio y
componentes cerámicos de alta tecnología. Por
ahora, el problema de estos materiales alternos es su alto
costo.
Para almacenar información, la superficie de los platos es
recubierta con un material capaz de grabar por tiempo indefinido
campos magnéticos de niveles apreciables; en este especto,
los fabricantes han utilizado dos técnicas:
le primera (utilizado desde los discos duros más antiguos)
consiste en un depósito de partículas de
óxido de hierro
sumergidas en una solución adhesiva, misma que se aplica
en el centro de los platos girando e alta velocidad, de
tal manera que por fuerza
centrífuga el material se distribuye de manera uniforme
sobre toda le superficie. Con esto se consigue une capa de
aproximadamente 70- 80 micras de grueso, con un acabado café
opaco.
Los discos más nuevos utilizan una técnica mas
avanzada, conocida como "de capa delgada", pues es más
fina, a la vez que más consistente y uniforme que la
anterior, permitiendo mayores densidades de grabación y
una mayor durabilidad. Físicamente, pueden reconocerse por
su acabado en espejo. La profundidad de la capa magnética
que almacena los datos es de unas
3-8 micras de espesor, dependiendo de la tecnología
empleada para aplicar esta capa Estos tipos de platos son los que
mas se utilizan en los discos actuales.

Cabezas de lectura/escritura

Existen diferentes tipos de cabeza de lectura/ escritura.
Entre las primeras, se cuentan a la cabeza monolítica de
ferrita y a la cabeza construida con un block, también de
ferrita. Un avance posterior, se dio con el uso de cabezas
compuestas, las cuales se fabrican con una mezcla de un material
no magnético al que se le agrega una pequeña
porción de ferrita.

Las cabezas son el componente mas costoso de un disco
duro, y sus características ejercen gran impacto en el
diseño
y rendimiento del disco duro. No obstante su alto costo,
mantienen un diseño básico y un objetivo
relativamente simple:
una cabeza es una pieza de material magnético, cuya forma
es parecida a una letra "C" con una pequeña abertura
(gap); una bobina de alambre se enrolla en este núcleo
para construir un electromagneto; de hecho, su estructura es
básicamente la misma que la de las cabezas empleadas en
las grabadoras de audio convencionales.
Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la
bobina crea un campo
magnético a través del gap, el cual magnetiza a
la cubierta del disco bajo la cabeza. Para leer desde el disco,
la cabeza sensa un pulso de corriente electrónica que corre por la bobina cuando
la abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en
el disco.

Estructura de una cabeza
magnética

Gracias a las mejoras tecnológicas, en la
actualidad los bits son empaquetados mas densamente, por lo que
el espacio necesario para su grabación se ha ido
reduciendo. El bit de información almacenado, da origen a
la señal producida por la cabeza cuando esta lo lee; sin
embargo, el reducido tamaño del bit ha implicado un mayor
reto, pues las cabezas deben flotar aún más cerca
del medio de almacenamiento, con el propósito de
incrementar la amplitud de la señal.
El siguiente paso en la evolución de las cabezas, fue el
diseño de tipo MIG (Metal In Gap o Metal Insertado), en
cuyo gap se le introduce una delgada capa metálica para
aumentar la capacidad magnética. Esta tecnología
también ha sido superada en nuestros días, siendo
sustituida por la de cabezas de película delgada, que se
describirá a continuación.
Actualmente, muchas unidades emplean cabezas de película
delgada, cuya característica es que los elementos
estructurales se depositan en un sustrato, de manera muy
semejante a como son fabricados los microchips La
tecnología de película delgada es un valioso
recurso para los fabricantes de cabezas, ya que éstas
pueden fabricarse con un menor tamaño y se les puede
aplicar un mejor control de
calidad.
La mas reciente tecnología de cabezas, llamada
"magneto-resistiva" (MR), está diseñada para lograr
medios de
almacenamiento de muy altas densidades de grabación, en el
rango de 1 a 2 billones de bits por pulgada cuadrada (BPSI), en
comparación con las densidades de menos de 200 millones
BPSI ofrecidas por las tecnologías de cabeza
tradicionales.
A diferencia de estas (que consisten en pequeños
electromagnetos de inducción), la tecnología MR emplea
una forma distinta de realizar la lectura,
basándose en un material especial cuya resistencia
eléctrica se modifica ante la presencia de un campo
magnético.

Una pequeña franja de material magnetoresistivo
que se deposita en la estructura de la cabeza, pasa por arriba de
los patrones magnéticos del disco, sensa la fuerza del
campo magnético y produce pulsos eléctricos que
corresponden a las reversiones de flujo. Como este mecanismo no
puede utilizarse para escribir, un elemento de escritura
inductivo de película delgada es depositado a lo largo de
uno de los lados de dicha franja.
La tecnología de la cabeza magneto-resistiva
comenzó a aparecer en 1994, y dada su gran
aceptación fue incorporada, un año después,
en el diseño de discos duros. Asimismo, debido en gran
parte al uso de las cabezas MR acopladas con canales de lectura
PRML (Manifestación Máxima de Respuesta Parcial,
técnica de codificación y almacenamiento de datos),
hizo posible que, utilizando un solo plato de almacenamiento, un
drive de 1 gb o mas de capacidad fuese realidad.
Esta tecnología ha seguido evolucionando; de hecho, se han
diseñado cabezas magneto-resistivas gigantes, las cuales
se utilizan en discos duros de muy alta capacidad (arriba de 6
GB). Este nuevo estándar, desarrollado por IBM, promete
ser la piedra angular de los discos duros en un futuro cercano,
de modo que puedan seguir satisfaciendo la creciente demanda de
capacidad de almacenamiento de los usuarios de computadoras
personales.

Brazo del actuador y
bobina de voz

Para mover las cabezas, es necesario un mecanismo que
las desplace lateralmente a través del radio de los
platos mientras estos giran; para llevar a cabo este movimiento, se
han utilizado dos métodos
distintos: un motor lineal y la
bobina de voz.
Los discos mas antiguos se apoyaban en un mecanismo muy similar
al utilizado en las unidades de diskette para el desplazamiento
de cabezas; esto es, un motor de pasos conectado a un brazo
encargado del movimiento del conjunto. Este método
resultó satisfactorio en unidades con un numero limitado
de sectores, ya que en estos casos los tracks que se grababan
eran lo suficientemente anchos como para que las ligeras fallas
en el posicionamiento
de la cabeza (prácticamente inevitables por la misma
naturaleza de
su movimiento) no afectaran de manera determinante el proceso de
grabación y recuperación de datos.
Sin embargo, este método de desplazamiento tenía
una inconveniencia: si por cualquier razón el mecanismo se
atoraba ligeramente y perdía su posición de
referencia, de ahí en adelante todas las lecturas o
escrituras se efectuarían en forma incorrecta. Pero
además, el mismo calentamiento de los discos por su
operación normal, era suficiente para desalinear las
cabezas en relación con los tracks en los platos; o
algún cambio en la
postura de la unidad podía afectar el proceso de
recuperación de información (precisamente, en estos
discos había que tomar precauciones como formatearlos
exactamente en la posición en que fueran a trabajar, y no
había que moverlos mientras estuvieran funcionando). Por
estas razones, el método del motor de pasos pronto fue
desechado y sustituido por las modernas bobinas de voz.
Este método funciona de manera muy similar a como trabajan
las bocinas convencionales: una bobina sumergida en un poderoso
campo magnético, y a través de la cual circula una
corriente cuidadosamente calculada produciendo así una
fuerza que desplaza a las cabezas magnéticas sobre la
superficie de los platos.
La gran ventaja de este método en comparación con
el anterior, es que se trata de un sistema
dinámico realimentado, donde en los mismos tracks en que
se almacenan los datos también se graban ciertas marcas que le
sirven de referencia al sistema de posicionamiento de cabezas; de
este modo, conforme se lee o escribe un archivo, el
circuito de movimiento de brazo detecta si la posición de
las cabezas es la adecuada, y en caso contrario envía
ligeras variaciones a la corriente aplicada en la bobina de voz,
corrigiendo así la diferencia.

Gracias a este método, los discos duros modernos
pueden utilizarse en cualquier posición, absorber
vibraciones externas e incluso golpes de varios "G" de intensidad
(G, fuerza con que nos atrae la gravedad hacia el piso), sin
interferir en la lectura y escritura de datos. Y no sólo
ello, gracias a su característica de auto
corrección, es posible grabar tracks mucho más
finos que con el método anterior, lo que finalmente se
traduce en discos de mayor capacidad con un numero reducido de
platos.

Partes que componen una bobina de voz
típica:

1.-Brazo actuador, donde van montadas las cabezas
magnéticas

2.-Bobina de desplazamiento

3.-Conjunto de imanes que producen al campo
magnético necesario para el desplazamiento de la
bobina.

Por lo que se refiere al brazo del actuador, tan sólo se
trata de una palanca metálica en cuyo extremo se
encuentran las cabezas magnéticas, sostenidas con un
resorte que las impulsa fuertemente contra la superficie de los
platos. Todas las cabezas están fijas en el brazo del
actuador, por lo que si una de ellas se desplaza, digamos al
track 250, todas las demás cabezas efectúan
exactamente el mismo movimiento. Es por esta razón que en
discos duros no se habla de tracks, sino de "cilindros", ya que
todas las cabezas leyendo al mismo tiempo una determinada
posición nos remiten precisamente a dicha
forma.

Interacción plato-cabeza

Sabemos por lo mencionado anteriormente que por la
acción
del resorte en el brazo del actuador, las cabezas
magnéticas se encuentran en estrecho contacto con la
superficie de los discos; también sabemos que los platos
en los discos duros giran con una velocidad considerable (entre
3,600 y 10,000 RPM, dependiendo del modelo
específico de disco). Entonces, si la cabeza está
en contacto con la superficie del disco y éste gira
rápidamente, cabría suponer que la fricción
entre ambos tarde o temprano provocaría la
destrucción de alguno de estos elementos.
¿Cómo se hace para que esto no suceda?
Hay una propiedad
dinámica de los fluidos (aire o
líquidos), según la cual "no importa la rapidez con
se desplace un fluido por una tubería, la velocidad
relativa de las partículas adyacentes a las paredes de
dicho tubo será prácticamente igual a cero". Dicho
en otras palabras, si el aire corre con una velocidad muy alta
sobre la superficie de un plato de metal, por fricción
entre las moléculas del gas y la
superficie del plato, las partículas de aire que se
encuentra inmediatamente tenderán a "pegarse" a él.
Esta situación se repite exactamente en la
situación contraria:
una cámara de aire estático con unos platos girando
con gran velocidad. En resumen, sucede que junto con los platos,
en su superficie, se mantiene girando una fina capa de aire.
Este pequeño "colchón de aire" es aprovechado por
las cabezas magnéticas, que al poseer una forma
aerodinámica obligan a esta pequeña capa a
comprimirse debajo de ellas, produciendo la suficiente fuerza
para elevar al conjunto unas cuantas micras sobre la superficie
del plato evitando así el contacto entre ambos elementos
y, por lo tanto, impidiendo la fricción.

Gracias a este fenómeno, los discos pueden durar
varios años de trabajo
continuo, al final de cuya vida útil las cabezas llegan a
"viajar" miles de kilómetros sobre la superficie de los
platos ¿Pero que sucede cuando se apaga el sistema y los
platos dejan de girar? Al no existir el colchón de aire
que se forma entre cabeza y plato, estos elementos entran en
contacto (en lenguaje
coloquial las cabezas "aterrizan"); si esto sucede en una
porción del disco donde se tiene información
grabada, su integridad puede ser afectada. Para evitar este
problema, los discos duros más antiguos tenían
fijada una posición de "estacionado" de cabezas (se daba
de alta en el Setup) , y antes de apagar su sistema los usuarios
debían tener la precaución de dar una orden de
"estacionar cabezas" (el famoso comando PARK); entonces el
conjunto se desplazaba hacia dicha posición sin datos, con
lo que ya podía ser apagada la máquina.
En la actualidad, los fabricantes de discos duros han incorporado
un sistema automático que lleva a cabo exactamente esa
misma función al
momento del apagado .Para ello, se aprovecha la fuerza
centrípeta que se genera en un disco Q, recuerda que en
los tradicionales discos de audio de acetato, cuando la aguja ya
estaba muy gastada. mediante una palanca que asegura al brazo del
actuador en dicha posición; de este modo una vez que se ha
apagado un disco duro, las cabezas quedan firmemente aseguradas
en una posición donde no afectan la información
grabada.

Electrónica
integrada

Uno de los adelantos que contribuyeron a popularizar los
discos duros de tecnología IDE, es que dentro de la
estructura de la misma unidad se encuentra la circuitería
electrónica necesaria para llevar a cabo una gran cantidad
de funciones
distintas
-Controlar el flujo de datos desde y hacia el microprocesador.
– Codificar y decodificar los datos que van a ser grabados en los
platos.
-Controlar cuidadosamente la velocidad de giro de los discos.
-Controlar la corriente que circula por la bobina de voz, lo que
a so vez se traduce en un posicionamiento exacto de las cabezas
de lectura/ escritura.
– Verificar que todos los elementos de la unidad funcionen
correctamente, mediante un microcontrolador dedicado a esa
función.
– Soportar un bloque de memoria que sirve
como cache de datos en los procesos de
lectora y escritora de información (esto en casi todos los
discos modernos).

Debido a que prácticamente todas las funciones
principales del manejo del disco duro se han incorporado en esta
sección electrónica, la interface entre la unidad y
la tarjeta madre
es muy sencilla, al grado que se puede incluir en una tarjeta de
bajo costo o (el caso mas común en la actualidad) en la
misma tarjeta madre. Esto evita que los consumidores tengan que
pagar el alto costo que implican las controladoras dedicadas,
como sería el caso en las unidades con interface
SCSI.

Conclusión

La tecnología de los discos duros modernos es
considerablemente mas avanzada que la de los primeros discos que
se utilizaron en la plataforma PC; sin embargo, el principio
básico de funcionamiento de estas unidades sigue siendo
prácticamente el mismo.
Viendo a futuro, podemos esperar que la capacidad de los discos
siga aumentando a la par que disminuya el precio por mb
de almacenamiento; y mas adelante, cuando los límites
impuestos por
la física
impidan el desarrollo
posterior de los discos magnéticos, seguramente se
habrán desarrollado nuevas y sofisticadas
tecnologías de almacenamiento masivo de
información, que nos permitirán satisfacer las
crecientes necesidades informáticas.