Introducción

Siempre que se enciende el computador, los discos sobre los que se almacenan los datos giran a una velocidad vertiginosa (a menos que disminuyan su potencia para ahorrar electricidad).

Los discos duros de hoy, con capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el mínimo principio de una cabeza de Lectura/Escritura suspendida sobre una superficie magnética que gira velozmente con precisión microscópica, al igual que los "colosales" discos de 40 MB del pasado, pero hasta allí llega la similitud, pues los discos duros de hoy llegan muy profundamente en nuevas disciplinas como la mecánica cuántica, la aerodinámica y l as vertiginosas velocidades de rotación.

Pero hay un aspecto de los discos duros que probablemente permanecerá igual. A diferencia de otros componentes del PC que obedecen sin rechistar a los comandos del software, el disco duro parlotea y se queja cuando emprende su trabajo. Estos ruidos son recordatorio de que el disco duro es uno de los pocos componentes de un PC que tiene carácter mecánico y electrónico al mismo tiempo. Los componentes mecánicos de esta unidad, de múltiples maneras , consiguen entrar en acción en le mejor momento.

Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Al disco duro se le conoce con gran cantidad de denominaciones como disco duro, rígido (frente a los discos flexibles o por su fabricación a base de una capa rígida de aluminio), fijo (por su situación en el ordenador de manera permanente), winchester (por ser esta la primera marca de cabezas para disco duro). Estas denominaciones aunque son las habituales no son exactas ya que existen discos de iguales prestaciones pero son flexibles, o bien removibles o transportables, u otras marcas diferentes fabricantes de cabezas.

Las capacidades de los discos duros varían desde 10 Mb. hasta varios Gb. en minis y grandes ordenadores. Para conectar un disco duro a un ordenador es necesario disponer de una tarjeta controladora. La velocidad de acceso depende en gran parte de la tecnología del propio disco duro y de la tarjeta controladora asociada al discos duro.

Estos están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las cabezas de lectura/escritura que mediante un proceso electromagnético codifican / decodifican la información que han de leer o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro está muy cerca de la superficie, de forma que casi vuela sobre ella, sobre el colchón de aire formado por su propio movimiento. Debido a esto, están cerrados herméticamente, porque cualquier partícula de polvo puede dañarlos.

Unidad de disco duro:

Los discos duros se presentan recubiertos de una capa magnética delgada, habitualmente de óxido de hierro, y se dividen en unos círculos concéntricos cilindros (coincidentes con las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco (primer cilindro) y terminan en la parte interior (último). Asimismo estos cilindros se dividen en sectores, cuyo número esta determinado por el tipo de disco y su formato, siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco. Cilindros como sectores se identifican con una serie de números que se les asignan, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada cilindro se reserva para propósitos de identificación mas que para almacenamiento de datos. Estos, escritos/leídos en el disco, deben ajustarse al tamaño fijado del almacenamiento de los sectores. Habitualmente, los sistemas de disco duro contienen más de una unidad en su interior, por lo que el número de caras puede ser más de 2. Estas se identifican con un número, siendo el 0 para la primera. En general su organización es igual a los disquetes. La capacidad del disco resulta de multiplicar el número de caras por el de pistas por cara y por el de sectores por pista, al total por el número de bytes por sector.

Para escribir, la cabeza se sitúa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de corriente, lo cual crea un campo magnético en la superficie. Dependiendo del sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda. ara leer, se mide la corriente inducida por el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar sobre una zona detectará un campo magnético que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicará si en esa posición hay almacenado un 0 o un 1. En el caso de la escritura el proceso es el inverso, la cabeza recibe una corriente que provoca un campo magnético, el cual pone la posición sobre la que se encuentre la cabeza en 0 o en 1 dependiendo del valor del campo magnético provocado por dicha corriente.

Los componentes físicos de una unidad de disco duro son:

LOS DISCOS (Platters)

Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. Los discos están unidos a un eje y u n motor que los hace guiar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM.

Convencionalmente los discos duros están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse una para almacenar información de control.

LAS CABEZAS (Heads)

Están ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza Lectura/Escritura a cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tienen dos o más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitad del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este e sta girando a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre un cojín de aire extremadamente delgado(10 millonésima de pulgada). Para comparación un cabello humano tiene cerca de 4.000 micropulgadas de diámetro. Esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las cabezas o el medio.

Su funcionamiento consiste en una bobina de hilo que se acciona según el campo magnético que detecte sobre el soporte magnético, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco.

EL EJE

Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.

"ACTUADOR"

Es un motor que mueve la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y el borde externo de los discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electromagneto empujado contra magnetos fijos para mover las Head Stack Asse mbly a través del disco. La controladora manda más corriente a través del electromagneto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centro del disc o sobre una zona donde no se guardan datos. Dado que todas las cabezas están unidas al mismo HSA ellas se mueven al unísono.

Mientras que lógicamente la capacidad de un disco duro puede ser medida según los siguientes parámetros:

Cilindros (cylinders)

El par de pistas en lados opuestos del disco se llama cilindro. Si el HD contiene múltiples discos (sean n), un cilindro incluye todos los pares de pistas directamente uno encima de otra (2n pistas).

Los HD normalmente tienen una cabeza a cada lado del disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura en el HSA están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el HSA. Com o resultado los HD de múltiples discos se desempeñan levemente más rápido que los HD de un solo disco.

Es una pila tridimensional de pistas verticales de los múltiples platos. El número de cilindros de un disco corresponde al número de posiciones diferentes en las cuales las cabezas de lectura/escritura pueden moverse.

Pistas (tracks)

Un disco de un HD esta dividido en delgados círculos concéntricos llamados pistas.

Las cabezas se mueven entre la pista más externa ó pista cero a la mas interna. Los HD recientes tienen aproximadamente 10.000

Es la trayectoria circular trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza de lectura / escritura. Cada pista está formada por uno o más Cluster.

Pistas por superficie (densidad de área 1.74 Gigabits/pulgada2).

Sectores (sectors)

Un byte es la unidad útil más pequeña en términos de memoria. Los HD almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría de los HD usan sectores de 512 bytes. La controladora del H D determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten especificar el tamaño de un sector.

Cada pista del disco esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen mas sectores.

Distribución de un disco duro

Cluster

Es una agrupación de sectores, su tamaño depende de la capacidad del disco. La siguiente tabla nos muestra esta relación.

Medidas que describen el desempeño de un HD

Los fabricantes de HD miden la velocidad en términos de tiempo de acceso, tiempo de búsqueda, latencia y rata de transferencia. Estas medidas también aparecen en las advertencias, comparaciones y en las especificaciones.

Tiempo de acceso (access time)

Termino frecuentemente usado en discusiones de desempeño, es el intervalo de tiempo entre el momento en que un drive recibe un requerimiento por datos, y el momento en que un drive empieza a despachar el dato. El tiempo de acceso de un HD es una combinación de tres factores:

• Tiempo de Búsqueda (seek time)

Es el tiempo que le 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 variara en cada búsqueda. En la actualidad, el tiempo promedio de búsqueda para cualquier búsqueda arbitraria es igual al tiempo requerido para mirar a través de la tercera parte de las pistas. Algunos fabricantes citan un tiempo de búsqueda pista a pista, el cual es simplemente la cantidad de tiempo para mover la cabeza de una pista a la pista adyacente. Los HD de la actualidad tienen tiempos de búsque da pista a pista tan cortos como 2 milisegundos y tiempos promedios de búsqueda menores a 10 milisegundos y tiempo máximo de búsqueda (viaje completo entre la pista más interna y la más externa) cercano a 15 milisegundos .

• Latencia (latency)

Cada pista en un HD contiene múltiples sectores una vez que la cabeza de Lectura/Escritura encuentra la pista correcta, las cabezas permanecen en el lugar e inactivas hasta que el sector pasa por debajo de ellas. Este tiempo de espera se llama latencia. La latencia promedio es igual al tiempo que le toma al disco hacer media revolución y es igual en aquellos drivers que giran a la misma velocidad. Algunos de los modelos más rápidos de la actualidad tienen discos que giran a 10000 RPM o más reduciendo la latencia.

Tiempo que le toma a la controladora procesar un requerimiento de datos. Este incluye determinar la localización física del dato en el disco correcto, direccionar al "actuador" para mover la HSA a la pista correcta, le er el dato, redireccionarlo al computador. Para los HD actuales el Disk Overhead es relativamente insignificante.

Rata de Transferencia

Los HD también son evaluados por su rata de transferencia, la cual generalmente se refiere a la rata en la cual los datos pueden ser leídos o escritos en el drive. La velocidad de los discos, la densidad de los bits de datos y el tiempo de acceso afecta la rata de transferencia. La rata de transferencia es particularmente importante cuando se leen y escriben archivos grandes. Los drives actuales tienen ratas de transferencia que oscilan entre 5 y 30 megabytes/segundo.

La mayoría de los HD actuales incluyen una cantidad pequeña de RAM que es usada como cache o almacenamiento temporal. Algunas especificaciones de HD se refieren a una rata de transferencia por ráfagas o la velocidad a la cual los datos pueden ser leídos o escritos en la cache.

Dado que los computadores y los HD se comunican por un bus de Entrada/Salida, la rata de transferencia actual entre ellos esta limitada por la máxima rata de transferencia del bus, la cual en la mayoría de los casos es mucho más lenta que la rata de transferencia del drive.

Como funciona un disco duro

Una caja metálica hermética protege los componentes internos de las partículas de polvo; que podrían obstruir la estrecha separación entre las cabezas de lectura/escritura y los discos, además de provocar el fallo de la unidad a causa de la apertura de un surco en el revestimiento magnético de un disco.

En la parte inferior de la unidad, una placa de circuito impreso, conocida también como placa lógica, recibe comandos del controlador de la unidad, que a su vez es controlado por el sistema operativo. La placa lógica convierte estos comandos en fluctuaciones de tensión que obligan al actuador de las cabezas a mover estas a lo largo de las superficies de los discos. La placa también se asegura de que el eje giratorio que mueve los discos de vueltas a una velocidad constante y de que la placa le indique a las cabezas de la unidad en que momento deben leer y escribir en el disco. En un disco IDE (Electrónica de Unidades Integradas), el controlador de disco forma parte de la placa lógica.

Un eje giratorio conectado a un motor eléctrico hacen que los discos revestidos magnéticamente giren a varios miles de vueltas por minuto. El numero de discos y la composición del material magnético que lo s recubre determinan la capacidad de la unidad. Generalmente los discos actuales están recubiertos de una aleación de aproximadamente la trimillonésima parte del grosor de una pulgada.

Un actuador de las cabezas empuja y tira del grupo de brazos (HSA) de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de las superficies de los platos con suma precisión. Alinea las cabezas con las pistas que forman círculo s concéntricos sobre la superficie de los discos.

Las cabezas de lectura/escritura unidos a los extremos de los brazos móviles se deslizan a la vez a lo largo de las superficies de los discos giratorios del HD. Las cabezas escriben en los discos los datos procedentes del controlador de disco alineando las partículas magnéticas sobre las superficies de los discos; las cabezas leen los datos mediante la detección de las polaridades de las partículas ya alineadas.

Cuando el usuario o su software le indican al sistema operativo que lea o escriba un archivo, el sistema operativo ordena al controlador del HD que mueva las cabezas de lectura y escritura a la tabla de asignación de archivos de la unidad, o FAT en DOS (VFAT en Windows 95). El sistema operativo lee la FAT para determinar en que Cluster del disco comienza un archivo preexistente, o que zonas del disco están disponibles para albergar un nuevo archivo.

Un único archivo puede diseminarse entre cientos de Cluster independientes dispersos a lo largo de varios discos. El sistema operativo almacena el comienzo de un archivo en los primeros Cluster que encuentra enumerados como libres en la FAT. Esta mantiene un registro encadenado de los Cluster utilizados por un archivo y cada enlace de la cadena conduce al siguiente Cluster que contiene otra parte mas del archivo.

Una vez que los datos de la FAT han pasado de nuevo al sistema operativo a través del sistema electrónico de la unidad y del controlador del HD, el sistema operativo da instrucciones a la unidad para que omita la operaci&o acute;n de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de la superficie de los discos, leyendo o escribiendo los Cluster sobre los discos que giran después de las cabezas.

Después de escribir un nuevo archivo en el disco, el sistema operativo vuelve a enviar las cabezas de lectura/escritura a la FAT, donde elabora una lista de todos los Cluster del archivo.

Fabricación de discos duros

La industria de los discos duros esta atravesando un periodo de crecimiento sin precedentes, pues la tecnología esta revolucionando todos los conceptos de cantidad de información almacenable y costos por megabyte. Veamos ahora los aspectos más generales que se tienen en cuenta en la elaboración de estos dispositivos.

El corazón de esta tecnología lo constituyen dos componentes principales:

(1) el transductor magnético o cabeza y (2) el medio de almacenamiento o disco. Estos dos elementos se relacionan muy directamente, al punto que las características y desarrollo de uno, determinan el optimo diseño d el otro.

Estructuras de películas delgadas y proceso de manufactura

SUSTRATO

Los sustratos están la mayoría de las veces hechos de una aleación Al-Mg 5086 (95.4% Al, 4% Mg y 0.15% Cr). las dimensiones y tolerancias están permanentemente siendo examinadas, pero en general la industria ha establecido diámetros y gruesos estándar. No hace mucho, los drives de 5.25" tenían el tamaño mas común en estaciones de trabajo y Pc's. Hoy, 3.5" y 2.5" son los tamaños estandards. La densidad de área es la cantidad de información almacenada por unidad de área y este es el resultado de los avances, grabar mucho mas por pulgada cuadrada, reduciendo el tamaño del dispositivo y aumentando su capacidad.

Una vez que la película de Al-Mg ha tomado forma y tamaño, el siguiente paso es aplicar una capa Ni-P. Esta capa se deposita por un proceso de enchapado sin electricidad y sirve al propósito de proveer un material duro que pueda ser altamente pulido y es relativamente libre de defectos. L composición de la capa afecta muchas características, incluyendo la naturaleza amorfa deseada de la película. si se permite que se cristalice, el Ni poseerá su propio momento magnético de red y destruye las características magnéticas de la capa delgada activa. gran cuidado se coloca en este proceso para controlar el estrés en la película que pueda producir torsión o curvatura. El Ni-P (10%) típicamente agrega varios micrones y entonces una fracción se remueve en el proceso de pulimentado para obtener un alto grado de limpieza.

El grueso del disco esta estandarizado mientras que el diámetro define sobre todo las dimensiones del drive, el grueso es critico para la capacidad volumétrica o cuanto se puede almacenar por caja. a veces la industria ha sido capaz de reducir el grueso del sustrato lo suficiente para incrementar el numero de platos o discos con una altura de dispositivo dada.

Se espera que en el futuro, sustratos alternativos al aluminio puedan generar características superiores como mayor dureza y alta capacidad, además de mayor homogeneidad de la superficie para obtener discos con una mejor resistencia a daños, menor tamaño y superficies mas limpias.

TEXTURING

Es el proceso de crear una cantidad controlada de aspereza sobre el sustrato. La textura tiene tres razones básica:

• Estabilizar con las líneas la cabeza cuando vuela sobre el disco

• Las líneas crean crestas y valles que reducen el área de contacto entre la cabeza y el disco

• Las líneas proveen una dirección de orientación induciendo una anisotropia magnética circular de tal forma que las señales de lectura sean uniformes.

El texturing se realiza por medio de una banda transportadora que permite por medio de goteo agregarle a la película una mezcla o suspención abrasiva de carburo de silicio o de polvo de diamante. El equipo de texturing provee la acción mecánica a través de la rotación del disco, un eje de oscilación, carga de presión de un rodillo y tiempo de proceso. Ahora se esta investigando la realización del texturing con tecnología láser

CLEANING

Este proceso se presenta de varias formas durante toda la elaboración del disco . Principalmente se destaca en los discos que reciben texturing mecánico para remover los abrasivos que se usaron para producir la rugosidad de la superficie. Muchos pasos acuosos o ultrasónicos pueden ser necesarios así como aditivos especiales. Se debe notar que la superficie esta constituida inicialmente de níquel Ni y por lo tanto puede ser altamente reactivo a ciertas sustancia químicas y condiciones. Estas reacciones pueden fuertemente influenciar los defectos de superficie (bits de error) también como desempeño mecánico de producto terminado.

SPUTTER DEPOSITION.

A continuación se procede a depositar tres capas, las cuales constituyen la esencia de los discos de películas delgadas. Después de que la dura superficie de Ni-P es pulida, restaurada y limpiada; una subcapa de cromo Cr, seguida por una capa magnética de aleación de cobalto Co y una cobertura de carbón.

La subcapa cumple la función de mejorar las condiciones magnéticas de la capa central de aleación de Co, lo cual no se obtendría muy satisfactoriamente si se depositará directamente sobre el enchape de Ni-P .

Los materiales ferromagnéticos que se utilizan en la capa magnéticas son principalmente tres aleaciones basadas en cobalto: CoCrTa, CoPtCr y CoPtNi. La adición de cromo reduce la corrosión potencial.

La última capa tiene un propósito protector para aumentar la durabilidad del disco, como el lubricante y barrera de corrosión. El material más utilizado para este fin es el carbón hidrogenado.

Este proceso se realiza en un ambiente de presión reducida, utilizando iones de gas argón que han sido acelerados por alto voltaje para lograr un medio optimo en el procedimiento de deposición de las capas que se logra por medio del bombardeo de un haz de electrones que impacta sobre la película a través de un cátodo.

BUFF

La lubricación de la película del disco se conoce como Buff y es la aplicación uniforme de un fluido sobre la capa de carbón; tiene un control minucioso en cuento a la cantidad o tolerencias permitidas, pues esto se refleja en el desempeño del movimiento de la cabeza sobre el disco para controlar la fricción de tal forma que se eviten daños sobre su superficie. Los fluorocarbonos compuestos básicamente de carbón, floruro y oxigeno son los mayormente aplicados para lograr alta lubricidad y protección.

PRUEBA

La prueba del producto realizado tiene dos partes principales, la prueba magnética y la de confiabilidad.

La prueba magnética comienza por un gruñido que realiza una cabeza con forma de diamante para remover cualquier aspereza que encuentre sobre la superficie del disco, a un sub-micro nivel. Luego prosigue la prueba de la altura de vuelo o deslizamiento de la cabeza por medio de una cabeza calibrada que mide a través del disco en movimiento, lo requerimientos mínimos y en caso de no cumplirse estos el material es descartado.

Después se certifica el disco por medio de la escritura y la lectura de algunos datos que permiten medir parámetros como amplitud, resolución y sobreescritura.

La prueba de confiabilidad consiste en hacer múltiples pruebas de arranque y parada a través de diferentes estados o condiciones de temperatura, humedad y velocidad. La interfaz cabeza-disco experimenta hasta 10.000 contac tos y giro de billones de revoluciones para efectos de monitoreo.

Interfaz Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE)

La norma IDE fue desarrollada por Western Digital y Compaq Computers a partir de una interfaz de disco del AT original que IBM creó en 1984. Desde entonces se convirtió en la interfaz más utilizado en el entorno PC. A pesar de esto IDE presenta unas limitaciones debido a su dependencia de la BIOS y al diseño del que parte. Hace poco las limitaciones en el tamaño de los HD y la velocidad de transferencia no daban problemas, pero como se han mejorado los procesadores y han salido programas más complejos, ya se notan.

Entonces se hizo un mejoramiento de las normas IDE y surgió Enhanced IDE, por cierto la nomenclatura de estas normas son similares a las de SCSI. Así, partiendo de la interfaz establecido de IDE llamado ATA (AT Attachment) surge ATA-2 y ATAPI (ATA Packed Interfaz), que permite conectar unidades de CD-ROM a controladores ATA.

ATA-2 se encuentra en proceso de normalización, permite alcanzar 16.6 Mbps (según el tipo de periférico que prestan las E/S); según su esquema de translación de direcciones se pueden encontrar dos métodos en ATA-2:

• Mediante el tradicional sistema de cilindros/Cabezas/Sectores (CHS). De esta forma se transforman los parámetros de CHS de la Bios en los de la unidad. Como ventaja tiene su sencillez.

• Mediante LBA(Logical Block Address). Consiste en transformar los parámetros CHS en una dirección de 28 bits que puede ser usada por el sistema Operativo, los drives de los dispositivos, etc.

En ambos casos se necesita una BIOS extra para permitir superar la limitación de 528 Mb.

Ventajas de Enhanced IDE:

• Máximo cuatro dispositivos conectados

• Soporta CD-ROM y cinta

• Transparencia de hasta 16.6 Mbps

• Capacidad máxima de 8.4 Gbytes

• Velocidades en ATA-2

• 11.1 con PIO Modo3

• 13.3 Mbps con DMA Modo1

• 16.6 Mbps con PIO Modo4

Definiciones de terminos

ATA (AT Attachment), dispositivo de AT. Es el dispositivo IDE que más se usa en la actualidad, por los que a veces se confunde con el propio IDE. Originalmente se creó para un bus ISA de 16 bits.

ATAPI (ATA PACKET INTAERFACE), Interfaz de paquete ATA. Es una extensión del protocolo ATA para conseguir una serie de comandos y registros que controlen el funcionamiento de un CD-ROM, es fácilmente adaptable para una cinta de Backup.

DMA (DIRECT MEMORY ACCESS), Acceso directo a memoria. Componente integrado en un periférico que libera al procesador en la tarea de transferir datos entre dispositivos y memoria. El acceso se realiza por bloque de datos.

PIO (PROGRAMABLE INPUT/OUTPUT), Entrada/Salida programable. Componente encargado de ejecutar las instrucciones dirigidas a los periféricos. A diferencia de la DMA requiere atención del procesador para su funcionamie nto. Como contrapartida es mucho más sencillo y barato.

Controladoras

El interface es la conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema. El interface 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 o tarjeta controladora, y se encarga no sólo de transmitir y transformar la información que parte de y llega al disco, sino también de seleccionar la unidad a la que se quiere acceder, del formato, y de todas las órdenes de bajo nivel en general. La controladora a veces se encuentra dentro de la placa madre.

Se encuentran gobernados por una controladora y un determinado interface que puede ser:

Para romper la barrera de los 528 Mb. las nuevas unidades IDE proponen varias soluciones:

Debido a la dificultad que entraña la implemetación de la compatibilidad LBA en BIOS, muchos de los ordenadores personales de fabricación más reciente continúan ofreciendo únicamente compatibilidad con CHS. El techo de la capacidad que permite las solución CHS se sitúa en los 8,4 Gb, que por el momento parecen suficientes.

Las mejoras del SCSI-2 sobre el SCSI tradicional son el aumento de la velocidad a través del bus, desde 5 Mhz a 10 Mhz, duplicando de esta forma el caudal de datos. Además se aumenta el ancho del bus de 8 a 16 bits, doblando también el flujo de datos. Actualmente se ha logrado el ancho de 32 bits, consiguiendo velocidades teóricas de hasta 40 Mbytes / seg.

Los interfaces IDE y SCSI llevan la electrónica del controlador en el disco, por lo que el controlador realmente no suele ser mas que un adaptador principal para conectar el disco al PC. Como se puede ver unos son interfaces a nivel de dispositivo y otros a nivel de sistema, la diferencia entre ambos es:

Distribución de la Información: grabación y acceso

Para grabar información en la superficie, se siguen una serie de códigos, que transforman un patrón de bits en una secuencia de celdas con diferentes estados de magnetización.

Procesos de grabación

Proceso de codificación

Esta tecnología es usada en los discos flexibles y en los primeros discos duros. Cada bit de datos es almacenado sobre una región física lo suficientemente grande para contener 2 posibles posiciones 00, 01 ó 10. Entre cada 2 bits de datos hay un bit que se llama de "reloj" y que se usa para validar las lecturas, así como para sincronizarlas. Este bit hace que sea uno cuando está situado entre 2 bits de datos a cero y se hace cero cuando está situado entre cualquier otra combinación de bits de datos. Así se hace imposible que se puedan leer más de 3 bits consecutivos con un valor de cero, o mas de un bit seguido a uno. Esto es cierto para todas las informaciones almacenadas en el disco excepto para las áreas de control del mismo cuyas marcas de comienzo de pista, sector y datos tienen 4 bits consecutivos a cero en su "adress mark". Evidentemente, estos sistemas, aunque fiables, son unos grandes consumidores de espacio ya que emplean prácticamente la mitad del espacio en bits de reloj.

Datos de control del disco

Es casi imposible evitar impurezas en la superficie magnética del disco, esto provoca que existan determinados sectores que son defectuosos.

En los antiguos discos estos sectores venían apuntados por el control de calidad del fabricante del disco. En el formateo de bajo nivel, el usuario debería indicárselos al programa formateador. En los modernos, las direcciones de estos sectores se graban en pistas especiales o se reconocen durante el formateo a bajo nivel del disco, estos sectores se saltan o bien son sustituidos por otros que están en zonas protegidas. Es allí donde se guardan las tablas que marcan los sectores defectuosos y sus sustituciones. Esto disminuye el acceso al disco duro, pero teniendo en cuenta que el porcentaje de sectores defectuosos es mínimo, prácticamente no tiene importancia.

Hay que tener en cuenta que no toda la información que se encuentra en la superficie de los discos son datos, existen zonas donde se almacena información de control.

Entre la información que se encuentran dentro de un sector:

• Numero de sector y cilindro

• El ECC (Error Correction Code) DATA.

• La zona de datos

• Zonas de separación entre zonas o entre pistas

También existen pistas extra donde se recogen otras informaciones como:

Tiempos de acceso, velocidades y su medición

Existen una serie de Factores de Velocidad relacionados con los discos duros que son necesarios conocer para comprender su funcionamiento y sus diferencias.

3600 rpm = 1 revolución cada 60/3600 segundos (16,66 milisegundos)

Si calculamos el tiempo de ½ vuelta --> Latencia Promedio 8,33 milisegundos

Una comparativa entre un disquete y un disco duro de todos estos Factores mencionados anteriormente sería:

El tiempo de búsqueda depende del tamaño de la unidad (2", 3"½, 5"¼), del número de pistas por pulgada (que a su vez depende de factores como el tamaño de los dominios magnéticos) y de la velocidad y la precisión de los engranajes del cabezal. La latencia depende de la velocidad de rotación y equivale a la mitad del tiempo que tarda el disco en describir un giro completo. El rendimiento total también depende de la disposición de los dominios magnéticos, uso de ZBR.

Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de eje. Hace unos años todos los discos duros giraban a la misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de 8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más rápidas) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos. Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos energía.

El trabajar a velocidades elevadas plantea varios problemas: El primer problema es que a esta velocidad la disipación del calor se concierte en un problema. El segundo es que exige a usar nuevos motores articulados pro fluidos para los engranajes, los actuales motores de cojinetes no pueden alcanzar estas velocidades sin una reducción drástica de fiabilidad, se quemarían demasiado rápido.

Además de todas estas características de velocidades y tiempos de acceso de los discos duros existen una serie de técnicas que nos permiten aminorar los accesos a disco así como acelerar las transferencias de datos entre el sistema y el dispositivo en cuestión. Una de las técnicas más conocidas en la informática para hacer esto es la del uso de memorias intermedias, buffers o cachés.

Aparte de la velocidad del disco duro y de la controladora la forma en que se transfieren los datos de ésta a la memoria deciden también la velocidad del sistema. Se pueden emplear 4 métodos:

Últimas tecnologías y tendencias

La aceleración del los nuevos disco IDE se basan en dos métodos:

Los disco duros de hoy (especialmente los de mañana) se adentran en complicadas tecnologías y campos científicos (mecánica cuántica, aerodinámica, y elevadas velocidades de rotación). La combinación de estas tecnologías permite que la capacidad de los discos duros aumente cerca de un 60 % cada año; cada cinco años se multiplica por diez su capacidad. Los analistas esperan que este ritmo de crecimiento no se mantenga hasta finales de siglo.

Para mejorar las posibilidades del disco duro hay que acercar los cabezales a la superficie del disco. Los cabezales pueden escribir y leer dominios magnéticos menores, cuanto menor sean éstos mayor densidad de datos posible de cada plato. Pero cuanto más cerca estén los cabezales, mayor será la probabilidad de colisión con la superficie. Una solución es recubrir el plato con materiales protectores, rediseñar las características aerodinámicas de los cabezales, etc. Además el paso de una mayor cantidad de datos por los cabezales exige perfeccionar los componentes electrónicos, e incluso puede obligar a ampliar la memoria caché integrada . Además no hay que olvidar que los dominios menores son estables a las temperaturas de funcionamiento normales. Y todo esto a un precio competitivo.

Ejemplo de nuevos diseños es la tecnología MR (Magnetoresistiva) de IBM que utiliza nuevos materiales. Usa cabezales con mejor relación señal /ruido que los de tipo inductivo, separando los de lectura de los de escritura. Pueden trabajar con dominios magnéticos menores aumentando la densidad de almacenamiento. Además son menos sensibles al aumento de la velocidad permitiendo velocidades de rotación mayores. Sus inconvenientes son su dificultad y alto precio de fabricación, y su sensibilidad ante posibles cargas eléctricas. Se investiga en una mejora llamada GMR (MR Gigante) que emplea el efecto túnel de electrones de la mecánica cuántica.

Nuevas tecnologías van encaminadas a potenciar la resistencia de la superficie magnética de los platos con materiales antiadherentes derivados del carbono. Esto junto con las técnicas de cabezales de grabación en proximidad, los TRI-PAD (cabezales trimorfos) y los de contacto virtual permiten acercar los cabezales hasta incluso entrar ocasionalmente en contacto con la superficie del plato.

A través de la técnica de carga dinámica del cabezal se garantiza la distancia de vuelo del cabezal respecto a la superficie, usando zonas de seguridad y cierres inerciales en las cabezas. Así no se necesita una preparación especial de la superficie del plato.

Estructura lógica de los discos duros

Lo que interrelaciona los discos duros con los disquetes, es su estructura, que se resumen en diferentes funciones del BIOS, que sirven entre otras cosas para el acceso a los mismos.

En primer lugar, internamente los discos duros se pueden dividir en varios volúmenes homogéneos. Dentro de cada volumen se encuentran una estructura que bajo el sistema operativo del Ms-Dos, sería la siguiente:

Como se muestra en el cuadro anterior, cada volumen se divide en diferentes zonas que por una parte acogen las diferentes estructuras de datos del sistema de archivos, y por otra los diferentes archivos y subdirectorios. En dicho cuadro no se han hecho referencia al tamaño de las diferentes estructuras de datos y zonas. Pero no es posible describirlas, ya que se adaptan individualmente al tamaño del volumen correspondiente

Ventajas e inconvenientes frente a otros sistemas de almacenamiento.

Floppys (Disquetes):

Ventajas:

Inconvenientes:

• Poca fiabilidad de los datos almacenadas.

• Una escasa capacidad de almacenamiento.

Unidades de CD-ROM:

Ventajas:

• Velocidad de lectura similar a los Discos Duros.

• Gran capacidad a muy bajo coste.

• La cabeza lectora no va incorporada en el disco.

Inconvenientes:

• Es de sólo lectura.

• El disco únicamente reescribible una sola vez.

• El disco de CD-ROM no lleva los cabezales de lectura / escritura incorporados.

Streamers (Unidades de cinta):

Ventajas:

• Seguridad en la grabación de los datos.

• Gran capacidad a bajo coste.

Inconvenientes:

• Los Discos duros son mucho más rápidos en lectura/escritura, ya que la cinta realiza una lectura secuencia, mientras que la cabeza lectura de los discos duros se posiciona en cualquier parte la superficie en tiempos casi despreciable

Memoria RAM

Ventajas:

Inconvenientes:

Papel:

Ventajas:

Inconvenientes:

Arreglo redundante de discos independientes

¿Que es tecnología RAID?

No es un nuevo insecticida. El concepto de RAID fue desarrollado por un grupo de científicos en la Universidad de California en Berkley en 1987. Los científicos investigaban usando pequeños HD unidos en un arreglo (definido como dos o mas HD agrupados para aparecer como un dispositivo único para el servidor) y compararon el desempeño y los costos de este tipo de configuración de almacenamiento con el uso de un SLED (Single Large Expensive Disk), común en aplicac iones de MainFrames.

Su conclusión fue que los arreglos de Hd pequeños y poco costosos ofrecían el mismo o un mejor desempeño que los SLED. Sin embargo, dado que había mas discos usados en un arreglo el MTBDL (Mean Time Be fore Data Loss) -calculado dividiendo el MTBF (Mean Time Between Failures) por el número de discos en el arreglo- sería inaceptablemente bajo.

Los problemas entonces fueron como manejar el MTBF y prevenir que la falla de un solo HD causara pérdida de datos en el arreglo. Para mejorar esto, propusieron 5 tipos de arreglos redundantes, Definiéndolas como RAID Nivel 1 hasta 5. El nivel del RAID es Simplemente la arquitectura que determina como se logra la redundancia y como los datos están distribuidos a través de los HD del arreglo.

Adicional al RAID 1 hasta 5, una configuración de arreglo no redundante que emplea partición de datos (esto es partir los archivos en bloques pequeños y distribuir estos bloques a través de los HD del arreglo ), esto es conocido como RAID 0.

Definiciones:

RAID 0

También llamado partición de los discos, los datos son distribuidos a través de discos paralelos. RAID 0 distribuye los datos rápidamente a los usuarios, pero no ofrece mas protección a fallas de h ardware que un simple disco.

RAID 1

También llamado Disk mirroring provee la mas alta medida de protección de datos a través de una completa redundancia. Los datos son copiados a dos discos simultáneamente. La disponibilidad es alta pero el costo también dado que los usuarios deben comprar dos veces la capacidad de almacenamiento que requieren.

RAID 0/1

Combina Disk mirroring y partición de datos. El resultado es gran disponibilidad al mas alto desempeño de entrada y de salida para las aplicaciones de negocios mas criticas. A este nivel como en el RAID 1 los discos so n duplicados. Dado que son relativamente no costosos, RAID 0/1 es una alternativa para los negocios que necesitan solamente uno o dos discos para sus datos, sin embargo, el costo puede convertirse en un problema cuando se requieren mas de dos discos.

RAID 3

Logra redundancia sin mirroring completo. El flujo de los datos es particionado a través de todos los HD de datos en el arreglo. La información extra que provee la redundancia esta escrito en un HD dedicado a la parida d. Si cualquier HD del arreglo falla, los datos perdidos pueden ser reconstruidos matemáticamente desde los miembros restantes del arreglo. RAID 3 es especialmente apropiado para procesamiento de imagen, colección de datos científicos , y otras aplicaciones en las cuales grandes bloques de datos guardados secuencialmente deben ser transferidos rápidamente

RAID 5

Todos los HD en el arreglo operan independientemente. Un registro entero de datos es almacenado en un solo disco, permitiendo al arreglo satisfacer múltiples requerimientos de entrada y salida al mismo tiempo. La informaci&oa cute;n de paridad esta distribuida en todos los discos, aliviando el cuello de botella de acceder un solo disco de paridad durante operaciones de entrada y salida concurrentes. RAID 5 está bien recomendado para procesos de transacciones on-line, au tomatización de oficinas, y otras aplicaciones caracterizadas por gran numero de requerimientos concurrentes de lectura. RAID 5 provee accesos rápidos a los datos y una gran medida de protección por un costo mas bajo que el Disk Mirro ring

RAID 10

La información se distribuye en bloques como en RAID-0 y adicionalmente, cada disco se duplica como RAID-1, creando un segundo nivel de arreglo. Se conoce como "striping de arreglos duplicados". Se requieren, dos canales, dos discos para cada canal y se utiliza el 50% de la capacidad para información de control. Este nivel ofrece un 100% de redundancia de la información y un soporte para grandes volúmenes de datos, donde el precio no es un factor importan te. Ideal para sistemas de misión crítica donde se requiera mayor confiabilidad de la información, ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los datos todavía se mantienen en línea. Es apropiado ta mbién en escrituras aleatorias pequeñas.

RAID 30

Se conoce también como "striping de arreglos de paridad dedicada". La información es distribuida a través de los discos, como en RAID-0, y utiliza paridad dedicada, como RAID-3 en un segundo canal. Proporciona u na alta confiabilidad, igual que el RAID-10, ya que también es capaz de tolerar dos fallas físicas de discos en canales diferentes, manteniendo la información disponible. RAID-30 es el mejor para aplicaciones no interactivas, tales co mo señales de video, gráficos e imágenes que procesan secuencialmente grandes archivos y requieren alta velocidad y disponibilidad.

RAID 50

Con un nivel de RAID-50, la información se reparte en los discos y se usa paridad distribuida, por eso se conoce como "striping de arreglos de paridad distribuida". Se logra confiabilidad de la información, un buen ren dimiento en general y además soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente, si dos discos sufren fallas físicas en diferentes canales, la información no se pierde. RAID-50 es ideal para aplicaciones que requieran un almacenami ento altamente confiable, una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos. A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo pequeños archivos, al igual que procesamiento de transaccion es.

Máximas y mínimas cantidades de HD que se pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID

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