Cómo funcionan los discos duros

Cómo funcionan los discos duros

Los discos duros y casi todas las computadoras de escritorio y servidores en uso hoy en día contienen una o más unidades de disco duro.

Cada mainframe y supercomputador está normalmente conectado a cientos de ellos. Incluso puede encontrar dispositivos de tipo VCR y videocámaras que utilizan discos duros en lugar de cintas.

Foto Pixabay

Estos miles de millones de discos duros hacen una cosa bien: almacenan información digital cambiante en una forma relativamente permanente. Le dan a las computadoras la capacidad de recordar cosas cuando se apaga la energía.

En este artículo, desmontaremos un disco duro para que pueda ver lo que hay dentro, ¡y también discutir cómo organizan los gigabytes de información que contienen en los archivos!

Fundamentos del disco duro

Los discos duros se inventaron en los años cincuenta. Comenzaron como discos grandes de hasta 20 pulgadas de diámetro con solo unos pocos megabytes.

Originalmente se llamaban "discos fijos" o "Winchesters" (un nombre de código utilizado para un producto de IBM popular).

Más tarde se conocieron como "discos duros" para distinguirlos de los " disquetes ". Los discos duros tienen un disco duro que contiene el medio magnético, a diferencia de la película de plástico flexible que se encuentra en las cintas y los disquetes.

En el nivel más simple, un disco duro no es tan diferente de una cinta de cassette. Tanto los discos duros como las cintas de casete utilizan las mismas técnicas de grabación magnética descritas en Cómo funcionan las grabadoras de cinta.

Los discos duros y las cintas de casete también comparten los principales beneficios del almacenamiento magnético: el medio magnético puede borrarse y reescribirse fácilmente, y "recordará" los patrones de flujo magnético almacenados en el medio durante muchos años.

Cinta de cassette contra disco duro

Veamos las grandes diferencias entre las cintas de cassette y los discos duros:

El material de grabación magnético en una cinta de cassette está recubierto sobre una tira de plástico delgada.

En un disco duro, el material de grabación magnético se coloca en capas en un disco de aluminio o vidrio de alta precisión. La bandeja del disco duro se pule luego a una suavidad de tipo espejo.

Con una cinta, tiene que avanzar o retroceder para llegar a cualquier punto de la cinta. Esto puede llevar varios minutos con una cinta larga. En un disco duro, puede moverse a cualquier punto de la superficie del disco casi al instante.

En una platina de casete, el cabezal de lectura / escritura toca la cinta directamente. En un disco duro, la cabeza de lectura / escritura "vuela" sobre el disco, sin tocarlo.

La cinta en una platina de casete se mueve sobre la cabeza a aproximadamente 2 pulgadas (aproximadamente 5.08 cm) por segundo. ¡Una bandeja de disco duro puede girar bajo su cabeza a velocidades de hasta 3,000 pulgadas por segundo (aproximadamente 170 mph o 272 kph)!

La información en un disco duro se almacena en dominios magnéticos extremadamente pequeños en comparación con los de una cinta de cassette. El tamaño de estos dominios es posible gracias a la precisión del plato y la velocidad del medio.

Debido a estas diferencias, un disco duro moderno puede almacenar una cantidad asombrosa de información en un espacio pequeño. Un disco duro también puede acceder a cualquiera de su información en una fracción de segundo.

Capacidad y rendimiento

Una máquina de escritorio típica tendrá un disco duro con una capacidad de entre 10 y 40 gigabytes. Los datos se almacenan en el disco en forma de archivos . Un archivo es simplemente una colección de bytes con nombre.

Los bytes pueden ser los códigos ASCII para los caracteres de un archivo de texto, o pueden ser las instrucciones de una aplicación de software para que la computadora ejecute, o pueden ser los registros de una base de datos, o pueden ser los colores de píxeles para Una imagen GIF.

No importa lo que contenga, sin embargo, un archivo es simplemente una cadena de bytes. Cuando un programa que se ejecuta en la computadora solicita un archivo, el disco duro recupera sus bytes y los envía a la CPU de uno en uno.

Hay dos formas de medir el rendimiento de los discos duros:

Velocidad de datos: la velocidad de datos es el número de bytes por segundo que la unidad puede entregar a la CPU.

Las tasas entre 5 y 40 megabytes por segundo son comunes.
Tiempo de búsqueda: el tiempo de búsqueda es la cantidad de tiempo entre el momento en que la CPU solicita un archivo y cuando el primer byte del archivo se envía a la CPU.

Los tiempos entre 10 y 20 milisegundos son comunes.
El otro parámetro importante es la capacidad de la unidad, que es la cantidad de bytes que puede contener.

Destapando un Disco Duro

La mejor manera de entender cómo funciona un disco duro es echar un vistazo al interior. (Tenga en cuenta que ABRIR UN DISCO DURO LO RUINA, así que esto no es algo para probar en casa a menos que tenga una unidad inactiva).

Es una caja de aluminio sellada con un controlador electrónico conectado a un lado. La electrónica controla el mecanismo de lectura / escritura y el motor que hace girar los platos.

La electrónica también ensambla los dominios magnéticos en la unidad en bytes (lectura) y convierte los bytes en dominios magnéticos (escritura).

Todos los componentes electrónicos están contenidos en una pequeña placa que se separa del resto de la unidad:

Debajo de la placa están las conexiones para el motor que hace girar los platos, así como un orificio de ventilación altamente filtrado que permite que las presiones de aire internas y externas se igualen:

Retirar la cubierta de la unidad revela un interior extremadamente simple pero muy preciso:

Los discos : estos normalmente giran a 3.600 o 7.200 rpm cuando la unidad está en funcionamiento.

Estos platos están fabricados con tolerancias increíbles y son lisos como un espejo (como se puede ver en este interesante autorretrato del autor ... ¡no es una manera fácil de evitar eso!).

El brazo : sostiene los cabezales de lectura / escritura y se controla mediante el mecanismo en la esquina superior izquierda.

El brazo puede mover las cabezas desde el cubo hasta el borde de la unidad. El brazo y su mecanismo de movimiento son extremadamente ligeros y rápidos.

El brazo de una unidad de los discos duros típica se puede mover desde el centro al borde y retroceder hasta 50 veces por segundo. ¡Es una cosa increíble de ver!

Platos y cabezas de los Discos Duros

Para aumentar la cantidad de información que la unidad puede almacenar, la mayoría de los discos duros tienen varios discos . Esta unidad tiene tres platos y seis cabezales de lectura / escritura:

El mecanismo que mueve los brazos en los discos duros tiene que ser increíblemente rápido y preciso. Se puede construir utilizando un motor lineal de alta velocidad.

Muchas unidades de discos duros utilizan un enfoque de " bobina de voz ": la misma técnica que se usa para mover el cono de un altavoz en su estéreo se usa para mover el brazo.

Almacenando los datos en Discos Duros

Los datos se almacenan en la superficie de un plato en sectores y pistas . Las pistas son círculos concéntricos y los sectores son cuñas en forma de empanada en una pista, como esta:

Una pista típica se muestra en amarillo; Un sector típico se muestra en azul. Un sector contiene un número fijo de bytes, por ejemplo, 256 o 512. Ya sea en la unidad o en el nivel del sistema operativo , los sectores a menudo se agrupan en grupos.

El proceso de formateo de bajo nivel de una unidad establece las pistas y los sectores en el disco.

Los puntos de inicio y final de cada sector se escriben en el plato. Este proceso prepara la unidad para contener bloques de bytes.

El formateo de alto nivel luego escribe las estructuras de almacenamiento de archivos, como la tabla de asignación de archivos, en los sectores. Este proceso prepara la unidad para guardar archivos.

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