Sistemas de Memoria Secundaria/HDD

DISCOS MAGNÉTICOS Los discos magnéticos o discos duros son dispositivos de almacenamiento secundario para registrar información masiva, programas y datos en ordenadores personales, servidores, estaciones de trabajo, etc. Es el más utilizado debido a su gran capacidad, fiabilidad y velocidad de acceso. Se componen básicamente de una caja del sistema y su tarjeta controladora. De una forma más específica, sus componentes son:

• 1. Unidad de discos (platos)
• 2. Material de soporte magnético
• 3. Cabezal de lectura/escritura
• 4. Motor de rotación de la unidad
• 5. Motor de posicionamiento del cabezal
• 6. Tarjeta controladora
• 7. Pistas, cilindros, sectores

Veamos con más detalle, las características de cada uno de los componentes.

Componentes de los discos magnéticos

Unidad de disco

Normalmente, los discos están construidos por varios platos, es decir, varios discos duros de material magnético, los cuales se disponen sobre un eje central sobre el que se mueven. Por lo general, suelen girar a una velocidad que oscila entre las 3.000 y las 10.000 rpm, siendo la velocidad estándar 7.200 rpm. Estas unidades pueden alcanzar velocidades de transferencia de hasta 133 MB/s.

Material de soporte magnético

Está elaborado con una aleación de aluminio recubierta superficialmente con una capa de material magnético, material con un coeficiente de rozamiento muy bajo y gran resistencia al calor.

Cabezal de Lectura / Escritura

El cabezal de lectura/escritura está formado por una serie de cabezas dispuestas en forma de pila y que se mueven al unísono. Es lo que se denomina HSA (Head Stack Assembly.) Estos cabezales se disponen sobre los platos a unas distancias muy pequeñas y con gran precisión, y son los responsables de la lectura/escritura de los datos en los discos. En el posible caso de un corte de energía eléctrica, se dispone de un mecanismo que impide que las cabezas toquen el superficie de los platos cuando detectan una reducción de la velocidad.

Podemos distinguir varios tipos de cabezales:

• De ferrita
• De película delgada
• Magneto-resistivos

El direccionamiento clásico (CHS=Cylinder, Head, Sector) para leer o escribir un dato en el disco, se efectúa dando al periférico los siguientes parámetros:

• Número de unidad
• Número de cilindro (C)
• Número de pista (H)
• Número del sector (S)

Actualmente se tiende a reemplazar el direccionamiento CHS por GUID (Global Unique ID), un número que identifica cada sector por un sólo número empezando por el cero.

El brazo sitúa rápidamente el cabezal encima de la pista correspondiente y espera a que el sector se posicione bajo la cabeza. Podemos considerar, entonces, dos tiempos:

• Tiempo de búsqueda de la pista (tseek)
• Tiempo de espera del sector (tlatencia)

Motor de rotación de la unidad

Como ya se ha comentado, los platos de un disco duro tienen un movimiento de rotación y el encargado de realizarlo es el motor de rotación. Se alimenta de un generador de corriente que lleva incorporado, mientras que el sistema de regulación de la velocidad, se encuentra en la controladora.

Motor de posicionamiento de los cabezales

Es un motor eléctrico de gran precisión cuya misión es mover la cabeza de lectura/escritura a través de los platos del disco, en sentido radial para situarse sobre el sector y el cilindro adecuado.

Tarjeta controladora

Puede venir instalada en la parte inferior del sistema o ser fabricada independientemente. Se conecta a la fuente de alimentación y a la CPU y se encarga de controlar:

• La velocidad de giro de los platos.
• La posición de los cabezales de lectura/escritura
• La lectura y grabación de datos.
• El periférico que transmite por el bus, en caso de que se permitan varios (como en IDE o SCSI)

Pistas, Cilindros y Sectores

El disco está organizado en platos, que se dividen en delgados círculos concéntricos llamadas pistas. Las pistas están formadas por sectores, que son un conjunto de segmentos concéntricos de cada una de las pistas. En un sistema con varios platos y cabeza móvil, aquellas pistas que se acceden en una misma posición constituyen un cilindro. Dado que las cabezas están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el cabezal, por ello los discos con más platos son más rápidos.

Cluster (unidades de asignación)

Un cluster, o unidad de asignación, está formado al menos por un sector lógico y puede tener un tamaño mayor. Este tamaño se define al formatear el disco. Si se utiliza un tamaño de cluster grande, se efectuaran menos lecturas/escrituras por archivo, pero se desperdiciará más espacio (fragmentación interna). Si se utiliza un tamaño de cluster demasiado pequeño, los archivos grandes se fragmentarán mucho, requierendo muchas operaciones de lectura o escritura.

El tamaño de cluster estará por tanto determinado por el tipo de información que vayamos a almacenar en el disco, es decir, por el uso que le vayamos a dar.

Registro de arranque

El registro de arranque informa sobre la estructura del disco, tabla de particiones, fallos en el mismo, etc.

Actualmente existe una transición entre el sistema MBR (Master Boot Record) apoyado por las antiguas BIOS, y el GPT apoyado por el estándar UEFI.

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Los sistemas de archivo

Los sistemas de archivos organizan los datos en los discos duros, distribuyéndolos en áreas físicas que son fácilmente accesibles. Estos son los principales sistemas de archivos:

• FAT
• HPFS
• Sistemas de archivos UNIX (EXT)
• NTFS

FAT

La tabla de asignación de archivos FAT es el sistema más simple conocido por la mayoría de usuarios, también conocido por FAT16 y es el sistema de archivos presentado con MS-DOS en 1.980. Un cluster es como un cajón en el que se el disco duro está dividido y cada clúster tiene una entrada en la FAT que indica al sistema qué archivos y carpetas hay almacenados. Como un clúster no puede ser compartido por dos archivos distintos, se produce una rápida fragmentación del disco (fragmentación externa). FAT32 es una versión mejorada que permite crear particiones superiores a 2 GB (hasta 2 terabytes) y es más eficiente en el almacenamiento de archivos, al ser el tamaño del clúster más pequeño que el de FAT16.

HPFS

El sistema HPFS se encuentra principalmente en los ordenadores tipo OS/2 aunque su desarrollo original fue realizado por Microsoft. Este sistema de archivos es mucho más seguro, estable y fiable que los FAT y acceden a los datos del disco duro a través de un búfer de alta velocidad (caché) .

Sistema de archivos UNIX

El sistema de archivos UNIX es totalmente diferente de los dos anteriores. Su principal característica es que no dividen el disco duro en bloques como el sistema FAT lo que proporciona una mayor estabilidad.

NTFS

El sistema de archivos NTFS ya es conocido por los usuarios de Windows NT y es el sistema de archivos nativo de Windows XP, 7, vista y 10. Es más estable que el HPFS, aunque necesita más tiempo para acceder a los datos y su principal característica es que no utiliza bloques fijos como el FAT, de tal manera que los archivos pueden situarse en cualquier parte del disco, lo que hace que sea más seguro ante posibles fallos. NTFS también divide el disco el clústers y se basa en la tabla MTF que contiene un registro para cada archivo con información con sus atributos y qué partes del archivo se pueden encontrar en según qué clusters.