Discos duros (página 2)

HISTORIA
DE LOS DISCOS
DUROS:

La historia del disco duro se
inicia en mayo de 1955 donde IBM lanzó el primer disco
duro llamado RAMAC ("Acceso aleatorio con método de
contabilidad y
control").

Este disco duro era grande con tubos al alto
vacío controlados electrónicamente ocupaba el
espacio de dos refrigeradoras y pesaba como una tonelada, este
disco duro podía almacenar 5 millones de caracteres en 50
pesados discos de aluminio
cubiertos en ambos lados con hierro oxido.
Con RAMAC y con los acontecimientos que pasaron en la
época, llegó la explosión sensacional en la
capacidad de almacenamiento y
velocidades de acceso con una increíble reducción
en tamaño.

La RAMAC y su disco duro fueron un momento de gran
logro, factores como la geografía y el estado
primitivo del transporte
contribuyeron a su éxito.

El equipo de investigación de San José
capitaneado por Reynold B. Johnson, quien después entrego
su cargo a Louis Stevens a finales del año 1953, realizaba
un proyecto a medias
que después al meterse más en el proyecto empezaron
a enviar señales
de que RAMAC fuera eliminada dado a los problemas
presupuestales que ocasionaba.

En enero de 1953, Johnson había decidido
concentrar en discos los que muchos consideraron un error
mecánico por que los discos mostraban un gran
problema.

En febrero de 1954 el equipo de San José
transfirió con éxito datos de tarjetas
perforadas a los discos y viceversa, en noviembre del mismo
año RAMAC se ganó la aprobación oficial del
mando corporativo, donde IBM hizo su anuncio al público en
mayo de 1955.

En Septiembre de 1956 caracterizó lo que seria
conocido como la IBM 350 y parte del sistema IBM 305
la cual incluía un lector de tarjetas e impresoras.

En 1961 Alan F. Shugart toma bajo su control un proyecto
llamado "Advaced Disc File" el cual como su pariente anterior
RAMAC 350, almacenaba cincuenta discos de 24 pulgadas, por
primera vez engranes deslizantes automáticos hacían
posible que hubiera una cabeza por cada superficie del disco
ósea ya no era necesario mover las cabezas de arriba abajo
para alcanzar cada disco, este desarrollo
eliminaba la necesidad de aire, mejoraba la
densidad del
área y el tiempo de
acceso.

Luego Shugart fue despedido o renunció bueno eso
no se sabe, fue reemplazado por Don Massaro; bajo su liderazgo la
compañía lanzó al mercado en 1976
el primer disco blando de 5.25 pulgadas, unos cuantos años
después. Xerox compró la compañía y
la cerró en tres años.

En 1979 Alan Shugart junto con Finis Conner fundaron
Shugart Technology, para evitar confusiones en las plataformas
de envío se cambio el
nombre a Seagate Technology justo antes de que Xerox mandara
una carta para que
cambien el Disco duro de IBM 64.5 MB (1979)
nombre.

En 1973 IBM logra fabricar el primer disco duro
herméticamente sellado el 3340, este disco duro fue
diseñado para tener 30MB fijos y 30MB de de almacenamiento
removible; se convirtió así en el lector Winchester
y se caracterizaba por sus cabezas pequeñas, discos
lubricados y ensamble sellado.

Cuatro son las compañías que dominan la
fabricación de discos duros entre ellas están IBM,
Seagate, Quantum y Western Digital, tres de estas dominaron en
1969, ISS, Data

Products y Memorex ya no están.

De acuerdo a Disk/Trend, una compañía de
Mountain View California que se dedica a la investigación
de la
organización en la industria del
disco, más de 230 fabricantes de discos duros se han
retirado del negocio dejando para el año 1997 tan solo 22
fabricantes en la manufactura de
discos duros. Jim Porter de Disk/Trend estimó que el disco
de 3.5 pulgadas de máxima capacidad podrá almacenar
130GB para el año 2000 y con un costo de 2
centavos por MB.

COMPOSICIÓN MECÁNICA DE UN DISCO
DURO:

El disco duro esta compuesto por varios discos o platos
apilados distantes de una carcasa impermeable al aire y al
polvo.

• Piezas de un disco duro:

Como se puede apreciar en la figura un disco duro esta
contenido de diferentes piezas que se van a mencionar a
continuación:

• Platos o discos donde se graban los
  datos.
• El cabezal de lectura/escritura.
• El impulsor de cabezal (motor).
• Electroimán que es el que mueve el
  cabezal.
• Un circuito electrónico de control lo cual
  contiene, la interfaz con el ordenador, memoria
  caché.
• Una caja que protege al disco duro de la suciedad o
  polvo del medio.
• Una bolsita desecante con lo cual se evita la
  humedad.
• Tornillos que son especiales.

ESTRUCTURA
FÍSICA DE UN DISCO DURO:

El disco duro esta compuesto por las siguientes estructuras:

Platos:

También llamados discos. Estos discos
están elaborados de aluminio o vidrio
recubiertos en su superficie por un material
ferromagnético apilados alrededor de un eje que gira
gracias a un motor, a una velocidad muy
rápida. El diámetro de los platos oscila entre los
5cm y 13 cm.

Cabezal de lectura/escritura:

Es la parte del disco duro que lee y escribe los datos
del disco. La mayoría de los discos duros incluyen una
cabeza de lectura/escritura a cada lado del plato o disco, pero
hay algunos discos de alto desempeño tienen dos o mas cabezas sobre
cada que tienen dos o más cabezas sobre cada superficie
esto de manera que cada cabeza atienda la mitad del disco
reduciendo la distancia del desplazamiento radial.

Impulsor de Cabezal:

Es un motor que mueve los cabezales sobre el disco hasta
llegar a la pista adecuada, donde esperan que los sectores
correspondientes giren bajo ellos para ejecutar de manera
efectiva la
lectura/escritura.

Pistas:

La superficie de un disco esta dividida en unos
elementos llamadas pistas concéntricas, donde se almacena
la información. Las pistas están
numeradas desde la parte exterior comenzando por el 0. Las
cabezas se mueven entre la pista 0 a la pista más
interna.

Cilindro:

Es el conjunto de pistas concéntricas de cada
cara de cada plato, los cuales están situadas unas encima
de las otras. Lo que se logra con esto es que la cabeza no tiene
que moverse para poder acceder
a las diferentes pistas de un mismo cilindro. Dado que las
cabezas de lectura/escritura están alineadas unas con
otras, la controladora de disco duro puede escribir en todas las
pistas del cilindro sin mover el rotor. Cada pista esta formada
por uno o más cluster.

Sector:

Las pistas están divididas en sectores, el
número de sectores es variable. Un sector es la unidad
básica de almacenamiento de datos sobre los discos duros.
Los discos duros almacenan los datos en pedazos gruesos llamados
sectores, la mayoría de los discos duros usan sectores de
512 bytes cada uno. Comúnmente es la controladora del
disco duro quien determina el tamaño de un sector en el
momento en que el disco es formateado, en cambio en algunos
modelos de
disco duro se permite especificar el tamaño de un
sector.

Cluster:

Es un grupo de
sectores, cuyo tamaño depende de la capacidad del
disco.

A continuación se muestra una tabla
que representa esta relación:

GEOMETRÍA
DEL DISCO DURO:

Ahora vamos a ver la organización electrónica de cualquier disco duro
según el número físico real de platos,
cabezas, pistas y sectores:

• Se sabe que el disco duro tiene una cabeza de
  lectura/escritura para cada cara de un plato, entonces si se
  sabe el numero de cabezas que hay en un disco duro
  automáticamente se sabe el numero de platos que contiene
  y viceversa.

Ejemplo: Si se tiene 5 platos entonces se tiene
10 cabezas de lectura/escritura.

• El número de pistas varia según el tipo
  de disco duro, para los discos duros antiguos el numero de
  pista era de 305 en cambio los discos duros más nuevos
  pueden tener 16000 pistas o más.
• El número de pistas por superficie es igual al
  número de cilindros. Al multiplicar el número de
  cabezas con el número de cilindros se sabe el
  número de pistas del disco.
• El número de sectores varía
  según el tipo de disco duro, para los discos duros
  antiguos el número de sectores era de 8 en cambio para
  los discos duros más modernos es de 60 sectores o
  más.

ESTRUCTURA
LÓGICA DE UN DISCO DURO:

La estructura
lógica
de un disco duro esta formado por:

• Sector de arranque.
• Espacio particionado.
• Espacio sin particionar.

Sector de arranque: Es el primer sector de un
disco duro en él se almacena la tabla de particiones y un
programa
pequeño llamado Master Boot. Este programa se encarga de
leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de
arranque de la partición activa, en caso de que no
existiese partición activa mostraría un mensaje de
error.

Espacio particionado: Es el espacio del disco que
ha sido asignado a alguna partición.

Espacio sin particionar: Es el espacio del disco
que no ha sido asignado a ninguna partición.

• A su vez la estructura lógica de los discos
  duros internamente se pueden dividir en varios volúmenes
  homogéneos dentro de cada volumen se
  encuentran una estructura que bajo el sistema
  operativo MS-DOS es el
  siguiente:

Cada zona del volumen acoge estructuras de datos del
sistema de archivos y también los diferentes archivos y
subdirectorios. No es posible decir el tamaño de las
diferentes estructuras ya que se adaptan al tamaño del
volumen correspondiente.

A continuación vamos a definir cada una de las
estructuras mostrada en el cuadro.

1.-Sector de arranque (BOOT): En el sector de
arranque se encuentra la información hacerca de la
estructura de volumen y sobre todo del BOOTSTRAP-LOADER, mediante
el cual se puede arrancar el PC desde el DOS. Al formatear un
volumen el BOOT se crea siempre como primer sector del volumen
para que sea fácil su localización por el
DOS.

2.-Tabla de asignación de ficheros (FAT):
La FAT se encarga de informar al DOS que sectores del volumen
quedan libres, esto es por si el DOS quiere crear nuevos archivos
o ampliar archivos que ya existen. Cada entrada a la tabla se
corresponde con un número determinado de sectores que son
adyacentes lógicamente en el volumen.

3.-Uno o más copias de la FAT: El DOS
permite a los programas que
hacen el formateo crear una o varias copias idénticas de
la FAT, esto va a ofrecer la ventaja de que se pueda sustituir la
FAT primaria en caso de que una de sus copias este defectuosa y
así poder evitar la perdida de datos.

4.-Directorio Raíz: El directorio
raíz representa una estructura de
datos estática,
es decir, no crece aún si se guardan más archivos o
subdirectorios. El tamaño del directorio raíz esta
en relación al volumen, es por eso que la cantidad
máxima de entradas se limita por el tamaño del
directorio raíz que se fija en el sector de
arranque.

5.-Zona de datos para archivos y subdirectorios:
Es la parte del disco duro donde se almacenan los datos de un
archivo. Esta
zona depende casi en su totalidad de las interrelaciones entre
las estructuras de datos que forman el sistema de archivos del
DOS y del camino que se lleva desde la FAT hacia los diferentes
sectores de un archivo.

CARACTERÍSTICAS QUE DESCRIBEN EL
DESEMPEÑO DE UN DISCO DURO

Los fabricantes de discos duros miden la velocidad en
términos de tiempo de búsqueda, tiempo de acceso,
latencia y tasa de transferencia de datos:

1.-Capacidad de almacenamiento: Se refiere a la
cantidad de información que se pueda almacenar o grabar en
un disco duro. Su medida en la actualidad en GB aunque
también en TB.

2.-Velocidad de rotación: Es la velocidad
a la que giran los platos del disco cuya regla es que a mayor
velocidad de rotación mayor será la transferencia
de datos, pero a su vez será mayor ruido y
también mayor calor generado
por el disco. La velocidad de rotación se mide en
revoluciones por minuto (RPM).

3.-Tiempo de acceso: Es el tiempo medio necesario
que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos. Es la suma
de varias velocidades:

• El tiempo que tarda el disco en cambiar de una cabeza
  a otra cuando busca datos.
• El tiempo que tarda la cabeza lectora en buscar la
  pista con los datos saltando de una en otra.
• El tiempo que tarda la cabeza en buscar el sector
  correcto en la pista.

Por lo tanto el tiempo de acceso es la
combinación de tres factores.

3.1.-Tiempo de búsqueda: Es el intervalo
tiempo que el toma a las cabezas de lectura/escritura moverse
desde su posición actual hasta la pista donde esta
localizada la información deseada. Como la pista deseada
puede estar localizada en el otro lado del disco o en una pista
adyacente, el tiempo de búsqueda varía en cada
búsqueda.

Un tiempo de búsqueda bajo es algo muy importante
para un buen rendimiento del disco duro.

3.2.-Latencia: Cada pista de un disco duro
contiene múltiples sectores, una vez que la cabeza de
lectura/escritura encuentra la pista correcta las cabezas
permanece en el lugar inactivas hasta que el sector pasa por
debajo de ellas, este tiempo de espera se llama latencia. La
latencia promedio es el tiempo para que el disco una vez que esta
en la pista correcta encuentre el sector deseado, es decir, es el
tiempo que tarda el disco en dar media vuelta.

3.3.-Command Overhead: Es el tiempo que le toma a
la controladora procesar un requerimiento de datos.

4.-Tasa de transferencia de datos: Esta medida
indica la cantidad de datos que un disco puede leer o escribir en
la parte más exterior del disco en un periodo de un
segundo.

5.-Memoria Caché: Es una memoria que va
incluida en la controladora del disco duro, de modo que todos los
datos que se leen y escriben en el disco duro se almacenan
primeramente en esta memoria.

FUNCIONAMIENTO DE UN DISCO DURO:

El funcionamiento de un disco duro se da de la siguiente
manera:

1.-Primero cada superficie magnética de
los discos tiene asignado uno de los cabezales de
lectura/escritura de la unidad como se sabe según la
geometría de disco hay un cabezal de
lectura/escritura para cada cara del plato.

2.-El conjunto de cabezales se puede desplazar
linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila de
platos o discos mediante un brazo mecánico que los
transporta.

3.-Para que los cabezales tengan acceso a la
totalidad de los datos es necesario que la pila de platos gire,
este giro se va a realizar a una velocidad constante y no va a
parar mientras esté encendido el computador.

3.1.-Para los discos flexibles el giro se
produce solo cuando se este efectuando una operación de
lectura/escritura, el resto del tiempo permanece en reposo como
ocurre con los disquetes. En los CD-ROM
ocurre algo similar pero la velocidad de giro no va a ser
constante.

4.-Al realizar una operación de lectura en
el disco duro se desplaza los cabezales de lectura/escritura
hasta el lugar donde empiezan los datos, espera a que el primer
dato que gira con los platos llegue al lugar donde están
los cabezales y finalmente lee los datos con el cabezal
correspondiente; para la operación de escritura en el
disco duro es similar a la anterior.

A continuación se va a describir al detalle el
desarrollo de una operación de
lectura/escritura.

• Cuando un software
  indique al sistema operativo a que deba leer o escribir en un
  archivo, el sistema operativo solicita que el controlador de
  disco rígido que traslade los cabezales de
  lectura/escritura a la tabla de asignación de archivos
  (FAT).
• El sistema operativo lee la FAT para así
  determinar en que punto comienza un archivo en el disco o que
  partes del disco es el que están disponibles para
  guardar un nuevo archivo.
• Los cabezales escriben datos en los platos al alinear
  partículas magnéticas sobre la superficie de
  estos.
• Los cabezales leen datos al detectar las polaridades
  de las partículas que ya se han alineado.
• Es posible guardar un solo archivo en partes
  diferentes sobre varios platos comenzando por una primera parte
  disponible que se pueda encontrar. Después que el
  sistema operativo escribe un nuevo archivo en el disco, se
  graba una lista de todas las partes del archivo en la
  FAT.

INTERFACES DE DISCO DURO:

Una interface de disco duro es una conexión entre
el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema, define la
forma en que las señales pasan entre el bus del sistema y
el disco duro. En el caso del disco su interface se denomina
controladora la cual no solo se encarga de transmitir y
transformar la información que parte de y llega al disco
sino también de seleccionar a la unidad a la que se quiere
acceder, del formato y de todas las ordenes en general. La
controladora a veces se encuentra dentro de la placa
madre.

Antes de mencionar los tipos de interfaces es necesario
conocer dos términos:

Interface a nivel dispositivo: Es una interface
que usa un controlador externo para conectar discos al
ordenador.

Interface a nivel de sistema: Es una interface
entre el disco duro y su sistema principal que pone las funciones de
control y separación de datos sobre el propio
disco.

Las interfaces del disco duro pueden ser:

• ST506: Es la primera interface utilizado en lo
  ordenadores personales, es un interface a nivel de dispositivo.
  Esta interface proporciona un valor
  máximo de transferencia de datos de menos de 1MBps. En
  la actualidad ya no hay discos duros con esta
  interface.
• ESDI: Es una interface que como el anterior es
  a nivel de dispositivo, que fue diseñado como un sucesor
  del ST506 pero con la diferencia de que esta interface
  proporciona un valor más alto de transferencias de datos
  entre 1.25 y 2.5 MBps. Esta interface igual que la anterior ya
  no se usan en la actualidad y además son
  difíciles de encontrar.
• IDE: Es una interface a nivel del sistema la
  cual cumple con la norma ANSI de acoplamiento a los AT y que
  usan una variación sobre el bus de expansión del
  AT para conectar una unidad de disco a la CPU con un
  valor máximo de transferencia de 4 MBps. Esta interface
  es más rápida que las dos interfaces mencionadas
  anteriormente, pero con la aparición de los ATs esta
  interface desaparecerá para dar paso a SCSI y el
  SCSI-2.

Íntimamente relacionado con el IDE tenemos el
ATA la cual define un conjunto de normas que
deben cumplir los dispositivos

Años después aparecieron los discos EIDE
(FastATA), que fue desarrollado por la compañía
Westem Digital compatibles con los primeros, pero con algunas
mejoras basadas en la especificación ATA-2 que ya
soporta unidades de CD-ROM
(ATAPI) y de cinta.

• SCSI: Es una interface a nivel de sistema que
  esta diseñado para aplicaciones de propósito
  general lo cual permite que se conecten hasta siete
  dispositivos a un único controlador. El SCSI-1 tiene un
  ancho de bus de 8 bits, después se incluyeron
  características muy destacadas como la posibilidad de
  conectar hasta siete dispositivos de todo tipo como discos,
  cintas, escaners, etc.

Después del SCSI-1 apareció el SCSI-2,
que dispone de un ancho de bus de 16 bits, posteriormente
apareció el Fast-SCSI que es considerado el doble de
rápido que el anterior y por ultimo apareció el
Wide SCSI el cual tiene un ancho de bus de 32 bits, así
como también un mayor rendimiento.

¿CÓMO TRABAJAR CON DOS O MÁS
DISCOS DUROS?

Al trabajar con varios discos duros sólo el
primero de ellos es arrancable, algunas BIOS permiten que
se intercambie los discos duros primero y segundo, es decir, el
segundo se comportaría como si fuera el primero y el
primero como el segundo.

El ordenador arrancará desde la partición
activa del primer disco duro y no se va a tener en cuenta cual es
la partición activa en el resto de los discos duros. Se
debe tener en cuenta los problemas que traen al incorporar un
nuevo disco duro al ordenador con las letras de unidad, para
evitar el menor número posibles de cambios es preferible
utilizar particiones lógicas en el resto de discos
duros.

INSTALACIÓN DE UN DISCO DURO

Para instalar un disco duro se necesita tener o saber
lo siguiente:

• Un destornillador con punta estrella.
• Un manual de
  disco duro el cual indicará como se debe hacer la
  instalación.
• Tener algunos conocimientos previos sobre el
  hardware y
  la BIOS.
• Estar familiarizado con los términos maestro
  (master), esclavo (slave), IDE, BIOS, disco duro, formatear,
  particionar, sector de arranque, disco de
  arranque.
• Se necesita también un disco de arranque
  hecho obligadamente en Windows 98
  o superior.
• Y por supuesto un disco duro.

Los pasos a seguir en la instalación son lo
siguientes:

• Pensar la configuración que le daremos al
  nuevo disco, es decir, si va a ser maestro o esclavo eso
  dependiendo de los demás dispositivos que se hayan
  conectados en el IDE.
• Cambiar los jumpers de los demás
  dispositivos correspondientes dependiendo de la
  configuración.
• Conectar el nuevo disco duro.
• Encender el computador y comprobar que la BIOS los
  detecte.
• Si el nuevo disco no esta particionado o formateado
  entonces hacerlo
• Y finalmente instalar el sistema operativo eso si
  es que instalamos el disco como maestro.

BIBLIOGRAFÍA

1.- MARK MINASI, FAITHE WEMPEN, QUENTIN DOCTER,
PC Actualización y mantenimiento

2.-Concepto y Estructura física de los
discos duros

http://es.wikipedia.org/wiki/Disco
duro

3.-Discos duros y sus particiones

4.- Página de Discos duros y sus
controladoras

http://pchardware.org/discos/discos.php

5.-Historia de los discos
duros

http://www.i-t-s.com/spanish/corporate/disk_drive_history.html

6.- Manual de Discos Duros

http://www.chilehardware.com/modules.php?op=modload&name=guias&file=guia058-20060421

7.- Teoría de funcionamiento de los discos
duros

http://www.servicioalpc.com/ensamble7.htm

Autor:

Jessica Osorio Gutierrez

Fecha de realización: 07/07/2006

Estudiante de la Universidad
Nacional Mayor de San Marcos