Estructura física, mecánica y funcionamiento de los discos duros.

Estructura física

Cabezal de lectura/escritura

Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal de lectura y escritura es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.

Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara (no es una cabeza por plato, sino una por cara). Si se mira el esquema Cilindro-Cabeza-Sector (más abajo), a primera vista se ven 4 brazos, uno para cada plato. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros). Si alguna llega a tocarlo, causaría muchos daños en el disco, debido a lo rápido que giran los platos (uno de 7.200revoluciones por minuto se mueve a 120 km/h en el borde).

Direccionamiento

Cilindro, Cabeza y Sector

Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:

• Plato:

Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.

• Cara:

Cada uno de los dos lados de un plato.

• Cabeza:

Número de cabezal; equivale a dar el número de cara, ya que hay un cabezal por cara.

• Pista:

Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.

• Cilindro.

Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara).

• Sector:

Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco duro.

El primer sistema de direccionamiento que se usó fue el CHS (cilindro-cabeza-sector), ya que con estos tres valores se puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó otro sistema más sencillo:LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número; éste es el sistema usado actualmente.

Estructura lógica

Dentro del disco se encuentran:

• el Master Boot Record (en el sector de arranque), que contiene la tabla de particiones
• las particiones, necesarias para poder colocar los sistemas de ficheros

Funcionamiento mecánico 

Piezas de un disco duro

Un disco duro suele tener:

• platos en donde se graban los datos
• cabezal de lectura/escritura
• motor que hace girar los platos
• electroimán que mueve el cabezal
• circuito electrónico de control, que incluye: interfaz con el ordenador, memoria caché
• bolsita desecante (gel de sílice) para evitar la humedad
• caja, que ha de proteger de la suciedad (aunque no está al vacío)
• tornillos, a menudo especiales

Características de un disco duro

Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son:

Tiempo medio de acceso

Tiempo medio que tarda en situarse la aguja en el cilindro deseado; suele ser aproximadamente un 1/3 del tiempo que tarda en ir desde el centro al exterior o viceversa.

Latencia

Tiempo que tarda el disco en girar media vuelta, que equivale al promedio del tiempo de acceso (tiempo medio de acceso). Una vez que la aguja del disco duro se sitúa en el cilindro el disco debe girar hasta que el dato se sitúe bajo la cabeza; el tiempo en que esto ocurre es, en promedio, el tiempo que tarda el disco en dar medio giro; por este motivo la latencia es diferente a la velocidad de giro, pero es aproximadamente proporcional a ésta.

Tiempo de acceso máximo

Tiempo que tarda de ir del centro al exterior o viceversa.

Tiempo pista a pista

Tiempo de saltar de la pista actual a la adyacente.

Tasa de transferencia

Velocidad a la que puede transferir la información al ordenador. Puede ser velocidad sostenida o de pico.

Caché de pista

Es una memoria de estado sólido, tipo RAM, dentro del disco duro de estado sólido. Los discos duros de estado sólido utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente se limita a las supercomputadoras, por su elevado precio.

Interfaz

Medio mediante el cual un disco duro se comunica con el ordenador. Puede ser IDE, SCSI, USB o Firewire.