El documento describe los componentes y funcionamiento de un disco duro, incluyendo platos magnéticos, cabezales de lectura/escritura, pistas, sectores, cilindros y clusters. Explica los formatos de disco físico y lógico, y los sistemas de archivos FAT16, FAT32 y NTFS. También compara discos duros convencionales con discos de estado sólido y resume sus ventajas e inconvenientes.

1. Jorge Atondo y
Marcos Osés 2ªC

2.  Disco duro: dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación
magnética para almacenar datos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos
por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato,
y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada
lámina de aire generada por la rotación de los discos.
 Formato de disco: Un disco duro está formado por una serie de discos de metal magnetizado, que es
donde se va a guardar la información. Estos discos hay que dividirlos en espacios utilizables indicando
sus coordenadas físicas, dichos espacios son llamados sectores, con una capacidad cada uno de
512 bytes. La unidad mínima que utilizan los sistemas operativos es el sector el clúster, formado por
varios sectores
 Sistemas de archivos: consisten de estructuras necesarias para guardar y administrar datos. Estas
estructuras incluyen un registro de arranque del Sistema Operativo, Directorios, y Archivos. Realiza tres
funciones especiales: Rastrear los espacios libres asignados. Dar mantenimiento a directorios y
nombres de archivo. Rastrear las ubicaciones físicas de cada archivo en el disco. Cada Sistema
Operativo usa su propio Sistema de Archivos. Algunos SO’s pueden reconocer sólo un Sistema de
Archivos, mientras que otros pueden reconocer varios.

3.  Constitución física:
 1.Discos o platos, que forman una división física y lógica según el S.O. que
utilizen, que corresponde a :
 Caras: Cada lado de un plato o disco.
 Pistas o Track: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde
exterior.
 Sectores: Las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, el estándar
de 512 bytes. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual
desaprovechaba el espacio significativamente. 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. Los sectores son las unidades mínimas de
información que puede leer o escribir un disco duro.
 Cilindros: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están
alineadas verticalmente (una de cada cara), El cilindro 0 está compuestos por
todas las pistas 0 de cada cara y así sucesivamente.
 Clusters: agrupación de varios sectores, el conjunto de ellos forman la unidad
mínima de información que utilizan los sistemas operativos, la capacidad de
cada cluster depende de la capacidad del disco duro y del tipo de sistema de
archivos utilizado cuando se hace el formato lógico del disco.

4.  2. Eje Central, un eje común para todos los platos, gobernado por circuitos o
electrónica integrada

 3. Cabezales de Lectura/Escritura
 Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura
que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos.

 Hay por lo menos un cabezal por cada lado de cada plato. Los brazos se mueven
juntos de un lado a otro entre los bordes exterior y central de cada plato; este
movimiento, junto con la rotación de los platos, permite a los cabezales acceder todas
las áreas de todos los platos.
 El cabezal magnético codificaba información al magnetizar diminutas secciones del
disco duro, empleando un código binario. Los bits o dígitos binarios así grabados
pueden permanecer intactos años. El mérito del francés Albert Fert y al alemán Peter
Grünberg, fue el descubrimiento del fenómeno conocido como magnetorresistencia
gigante, que permitió construir cabezales de lectura y grabación más sensibles, y
compactar más los bits en la superficie del disco duro. De estos descubrimientos se
desprendió un crecimiento espectacular en la capacidad de almacenamiento en los
discos duros, Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde el cero y los
sectores desde el uno.

5.  Atendiendo a su formato disco físico: Un único disco físico puede contener hasta cuatro particiones
primarias; prácticamente de todo tipo de discos magnéticos y memorias flash pueden particionarse. Sin
embargo, para tener la posibilidad de más particiones en un solo disco, se utilizan particiones extendidas, las
cuales pueden contener un número ilimitado de particiones lógicas en su interior. Para este tipo de particiones,
no es recomendado su uso para instalar ciertos sistemas operativos, sino que son más útiles para guardar
documentos o ejecutables no dispensables para el sistema.

 Atendiendo a su formato disco físico lógico:

 En las unidades modernas se suele utilizar ambas superficies de cada plato, de los que puede haber varios en
la misma unidad. Las pistas de todos los platos equidistantes del eje conforman un cilindro y las cabezas de
lectura/escritura están construidas de forma que todas están situadas sobre el mismo cilindro.
 Recordemos que existen dos mecanismos; uno mecánico y otro eléctrico, que permiten a las cabezas
leer/escribir sobre cualquier punto: el movimiento hace que puedan situarse rápidamente sobre cualquier
cilindro. Por su parte el mecanismo de conmutación hace que sea una u otra cabeza la que lee/escribe en cada
momento. Recordemos también que hay tantas pistas como número de cilindros x número de platos x 2, y que
en los discos duros, la velocidad de rotación angular es constante. En las unidades actuales oscila entre 4.200,
15.000 rpm

6.  Formato de disco físico:
 Es realizado por software y consiste en colocar marcas en la superficie
de óxido metálico-magnetizable de Cromo o Níquel,1 para dividirlo
en pistas concéntricas y estas, a su vez, en sectores los cuales pueden ser luego
referenciados indicando la cabeza lectora , el sector y cilindro que se desea leer. Es un
tipo de formateo muy lento, pudiendo llegar a tardarse en el varias horas dependiendo
del tamaño de disco, tras este proceso no se puede recuperar nada de la información
perdida con el formateo.
 Formato de disco lógico:
 El formato lógico, de alto nivel puede ser realizado habitualmente por los usuarios,
aunque muchos medios vienen ya formateados de fábrica. Implanta un sistema de
archivos que asigna sectores a archivos. Antes de realizar un formato lógico hay que
dividir el disco en particiones; más tarde, cada partición se formatea por separado. El
formateo de una unidad implica la eliminación de los datos, debido a que se cambia
la asignación de archivos a clústers, con lo que se pierde la vieja asignación que
permitía acceder a los archivos.
 Funcionamiento de un disco convencional:
 Se trata de un “disco magnetizado” y de una aguja magnética que lo lee. Una vez
que nos damos esa idea, sabemos, entonces, por qué existen disco duros con 5400 rpm
o 7200 rpm: son las revoluciones por minuto que puede girar un disco duro y, por lo
tanto, afecta la velocidad en la que puede leer información

7. El FAT16 tiene una serie muy
importante de limitaciones, entre las
que destacan el límite máximo de la
partición en 2Gb el utilizar cluster
de 32Kb o de 64Kb y el no admitir
nombres largos de
archivos, estando estos limitados al
formato 8+3 (ocho dígitos de
nombre + tres de extensión). El
FAT32tiene varias ventajas entre
estas se encuentra la de superar el
límite de 2Gb en las particiones, si
bien se mantiene el tamaño máximo
de archivo, que es de 4Gb, utiliza
un direccionamiento de cluster de
32bits, FAT32 puede manejar
particiones mayores creadas con
programas de otros fabricantes. El
tamaño del cluster utilizado sigue
siendo de 32Kb, lo que sigue
significando un importante
desperdicio de disco, ya que un
archivo de 1Kb está ocupando en
realidad 32Kb de disco. El NTFS
tiene una gran serie de
ventajas, incluida la de soportar
compresión nativa de ficheros y
cifrado También permite gestionar
archivos de más de 4Gb, fijándose
el tamaño máximo de estos en unos
16Tb. Utiliza cluster de 4Kb, esto
permite un aprovechamiento del
disco mucho mayor ,tiene un
inconveniente, y es el de que en
ese caso se necesita un espacio del
disco bastante grande para guardar
la información del formato. Hay que
pensar que con este sistema, a
igualdad de espacio (32Kb), para
una partición NTFS basada en
cluster de 4Kb tendremos ocho
cluster en vez de uno solo.

8.  Los nuevos discos son los llamados discos SSD: Entre las ventajas de los
discos SSD encontramos un menor tiempo de acceso a los datos, un
menor consumo de batería y, teóricamente, una mayor fiabilidad, ya
que no dependen de elementos mecánicos, por lo que pueden resistir
sin problemas golpes y caídas, incorporando acelerómetros que
detectan caídas y aparcan automáticamente los cabezales del
disco, evitando daños en la superficie de este. En contra encontramos
que el número de ciclos de escritura es más bajo que el de los discos
duros convencionales, además de un coste por MB bastante más
elevado. En un futuro su precio se reducirá, pero de momento la
diferencia es bastante alta.
 A favor de los discos duros tenemos que están disponibles con grandes
capacidades de almacenamiento, con tamaños cada día más
reducidos. En general el tiempo de acceso a los datos es menor en
disco SSD, la tasa de transferencia suele ser más alta, por lo que copiar
ficheros de gran tamaño es mucho más rápido. En contra esta
la generación de calor, que se ve acrecentada con la reducción de
tamaño de estos y, al ser usados en portátiles, por afectar directamente
al resto del equipo. Es el ruido generado. Mientras que los discos SSD son
totalmente silenciosos los discos duros siguen generando una cantidad
de ruido importante.

9.  Durante la operación de lectura se pierden cantidades de tiempo inapreciables pero que a grandes rasgos
suman segundos y minutos. Se intercalan los discos que consiste en numerar los clusters de forma contigua o
separados entre si para que después el paso de la memoria principal haya que esperar una rotación completa y
solo pasa por los clusters que necesita.