Discos Duros. Pérez Vega, Jared Sabnani Vaswani, Vijay

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Discos Duros

Pérez Vega, Jared Sabnani Vaswani, Vijay

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Indice

z Definición de disco duro

z Avances en la tecnología de los discos duros

z Tipos

z Funcionamiento

z Componentes Básicos

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Definición

z Un disco duro se utiliza para almacenar

grandes cantidades de información de manera no volátil.

z _{Está compuesto por unos platos de aluminio}

dónde se almacena la información. A

diferencia de los disquetes éstos platos no se pueden doblar, de ahí el nombre “disco duro”.

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Avances en los discos duros

z Cada vez los discos duros tienden a pesar menos y a almacenar más.

z En 1983 los discos duros tenían una capacidad de 10 MB y pesaban 2.5 Kg.

z En la actualidad podemos encontrar discos duros de 500 GB y que pesan 0.70 Kg.

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Avances en los discos duros

z En cuánto a transferencia de datos también vemos como aumenta su velocidad.

z En 1983 se alcazaba una velocidad media de 100 KBps.

z Actualmente con la interfaz Serial ATA se alcanzan los 66 MBps (ésta interfaz alcanza los 300 MBps, por lo que se observa que la velocidad está limitada por el disco duro).

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Avances en los discos duros

z Otro aspecto que ha evolucionado de los

discos duros es el tiempo de búsqueda (cuánto tarda en mover el cabezal de lectura a un

determinado cilindro), pasando de los 85 ms en 1983 a los 3.3 ms actualmente.

z Actualmente un disco de 160 GB cuesta 45€. En 1983 un disco de 10 MB costaba 1.500€.

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Tipos de Disco Duro

z Parámetros de Forma. z Disco de 5 ¼” z Disco de 3 ½” z Disco de 2 ½” z Disco de 1.8” z Disco de 1”

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Factores de Forma

z Los discos duros pueden estar formados por componentes de diferentes fabricantes.

z Todos éstos componentes siguen unos factores de forma que permiten

compatibilizarlos con los demás componentes.

z Ha habido muchos factores de forma estándar, normalmente se identifican por el tamaño del disco.

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Disco de 5 ¼”

z Se introdujo en 1976 con las primeras disqueteras.

z En 1980 salió el primero disco duro de 5 ¼” (modelo ST-506 de Seagate Technologies) de 5 MB de capacidad.

z Los primeros PCs también usaron este modelo de disco.

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Disco de 3 ½”

z Sony los introdujo en 1981 en las disqueteras.

z Estos discos fueron incorporados en sus

equipos por grandes compañías como IBM, Apple y HP, lo que le dio popularidad y se convirtió en el nuevo estándar.

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Disco de 2 ½”

z PrairieTek lo introdujo en 1988, el cuál resultó ser ideal para portátiles.

z Como la venta de portátiles aumentó, todas las empresas empezaron a sacar éstos discos.

z En 1994 Conner Peripherals pagó 18 millones de dólares a PrairieTek por su tecnología.

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Disco de 1.8”

z Fue introducido por Integral Peripherals en 1991, pero tuvo problemas de aceptación.

z Algunas compañías siguen fabricando estos discos que pueden alcanzar los 60 GB.

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Disco de 1”

z Durante 1998 IMB introdujo los discos de 1” llamados MicroDrive.

z Las versiones actuales del MicroDrive alcanzan los 4 GB.

z En 2004 Toshiba introdujo el disco mas pequeño hasta ahora, de 0.85”. No está diseñado para PCs.

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Funcionamiento

z Los discos duros están formados por unos discos giratorios y cabezales que se mueven sobre los discos que guardan datos en pistas y sectores.

z Los cabezales leen y escriben en anillos

concéntricos llamados pistas, las cuáles se dividen en sectores.

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Funcionamiento

z Los cabezales durante operaciones normales, no deberían tocar los platos. Sin embargo en muchos discos, cuando se apaga el ordenador el cabezal descansa sobre el plato (CSS).

z Cuando el disco empieza a girar el aire que se genera entre el cabezal y el plato permite su separación.

z Hay discos que no usan CSS sino que usan un

mecanismo de carga/descarga en el cuál el cabezal nunca toca el disco.

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Pistas y Sectores

z Una pista es un anillo de datos (también llamado cilindro). Como las pistas pueden

guardar grandes cantidades de datos resultan ineficientes a la hora de guardar datos

pequeños, por lo que se dividen en sectores.

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Formateo del Disco

z Antes de escribir información en el disco es necesario realizar dos formateos:

z El físico (nivel bajo).

z El lógico (nivel alto).

z Además de los formateos hace falta un proceso más que se realiza entre ellos que es el de escribir la

información de particionamiento ya que los discos

duros están diseñados para soportar muchos sistemas operativos.

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Formateo de Nivel Bajo

z Durante este formateo las pistas se dividen en número específico de sectores y se rellenan con unos datos predeterminados que se usan para pruebas.

z Casi todos los discos utilizan ZBR (zoned-bit recording) que escriben un numero variable de sectores por pista.

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Particionamiento

z Crear una partición en un disco duro permite crear sistemas de archivos separados. Cada sistema tiene sus propios métodos para

localizar espacios para archivos en unidades lógicas clusters.

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Particionamiento

z Existen 3 tipos de sistemas de archivos:

z FAT (File Allocation Table). Utilizado por DOS y

Windows9x/Me. Usaban números de 12-16 bits para identificar clusters. Por lo que las particiones

alcanzaban 2 GB.

z FAT32 (FAT 32 bits). Para Windows 95,98,Me, 2000/XP. Usan 32-bits por lo que alcanzan 2 TB.

z NTFS (Windows NT File System). Para NT/2000/XP. Soporta nombres de archivos de hasta 256 caracteres. Alcanzan 16 exabytes.

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Formateo de Nivel Alto

z Durante el formateo de alto nivel el SO escribe las estructuras necesarias para manejar

ficheros y datos en el disco.

z _{Básicamente se trata de la creación de una}

tabla de contenidos que permite al SO manejar el espacio en el disco, saber donde está un

determinado archivo e incluso controlar zonas defectuosas para que no causen problemas.

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Componentes del Disco Duro

z Platos z Cabezales de lectura/escritura z Actuador z Motor de Movimiento z Placa Lógica z Cables y Conectores z Jumpers y Switches

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Platos

z Un disco duro tiene uno o más platos cuyo tamaño determina el tamaño del disco.

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Platos

z La mayoría de los discos duros tienen dos ó más platos (hasta incluso 12) los cuáles están hechos de aluminio/magnesio.

z _{Estos platos están recubiertos de una fina}

capa de una sustancia que retiene el magnetismo llamado “medio”.

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Platos

z Hay tres tipos de medios:

– Medio Óxido: fueron los primeros en salir por su bajo coste y su fácil uso, pero se rompían fácilmente.

– Medio de Capa Fina: es más fino y más duro, por lo que tiene más posibilidad de soportar el contacto con los cabezales sin romperse. Es el que se usa actualmente.

– Medio AFC: están formados por dos capas separadas por una lámina de 3 átomos de grosor de rutenio.

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Cabezales de Lectura y Escritura

z Cada plato está conectado a 2 cabezales de lectura/escritura, uno por arriba y otro por

abajo.

z Los cabezales y los platos tienen una

separación muy pequeña por lo que no se

debe abrir la carcasa del disco duro a menos que estamos es un ambiente muy limpio

porque cualquier mota de polvo podría dañar los platos mientras giran a gran velocidad.

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Actuador

z Es el mecanismo que mueve los cabezales a través de los discos y los coloca de forma

precisa sobre los cilindros deseados.

z _{Hay 2 tipos de actuadores:}

– Stepper motor actuators – Voice coil actuators

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Actuador

z El Stepper Motor es un motor eléctrico que se mueve de una posición a otra gracias a unos dispositivos mecánicos. Estas posiciones son fijas, por lo que los motores no se pueden

colocar en otro sitio que no sea esta posición.

z Cuando los platos se calientan y enfrían se

contraen y se expanden por lo que se mueven en relación a esas posiciones por lo que estos actuadores no funcionan bien siempre.

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Actuadores

z El Voice Coil usa una señal del disco para determinar la posición de los cabezales y moverlos a dónde sea necesario. No tiene unas posiciones fijas sino que utiliza un

sistema de guía llamado “servo” para colocar los cabezales.

z Como no tiene posiciones fijas, no tiene los problemas del anterior.

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Actuadores

z Hay dos tipos de Voice Coil:

– Linear Voice Coil: Mueve los cabezales en línea recta a través del plato. Su principal problema es el el peso de los

dispositivos lo que hace que las búsquedas sean lentas. – Rotary Voice Coil: Es igual que el Linear sólo que en su

extremo hay un brazo actuador que mueve los cabezales sobre la superficie del disco. Debido al efecto palanca del

brazo, los cabezales se mueven mas rápidos que el actuador, por lo que la búsqueda se hace más rápida. Su desventaja es que al ir moviéndose hacia los cilindros interiores se desplaza con respecto a la tangente de los cilindros.

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Actuadores

z En los discos duros que usan CSS (Contact Start Stop) cuando se apaga el ordenador los cabezales se apoyan sobre el disco. Hay que tener cuidado de que lo haga en una zona en la que no haya datos.

z Antiguamente había que hacerlo manualmente ejecutando un software que lo hiciera. Ahora los discos tienen un sistema automático que lo hace.

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Actuadores

z En cuánto a las corrientes de aire en el interior del disco,distinguimos dos filtros:

– El filtro de recirculación: que se encarga de filtrar

las pequeñas partículas que se desprenden de los discos .

– El filtro barométrico: se encarga de igualar la

presión del interior del disco con el exterior. También evita que las partículas de polvo del exterior entren dentro.

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Actuadores

z Cómo los discos duros tienen filtros la

humedad puede entrar dentro de ellos y en ocasiones la humedad dentro del disco es

igual al exterior. En estos casos se recomienda no encender el ordenador y dejarlo reposar un tiempo para que la humedad desaparezca.

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Actuadores

Temperatura Ambiente Previa Tiempo de Espera 4 ºC 13 horas -1 ºC 15 horas -7 ºC 16 horas -12 ºC 17 horas -18 ºC 18 horas -23 ºC 20 horas -29 ºC 22 horas -34 ºC 27 horas

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Motor de Movimiento

z Es el motor que hace girar los platos. Están

conectados directamente a ellos y deben estar aislados del ruido y de las vibraciones para

evitar problemas.

z Su velocidad va desde lo 3.600 rpm hasta los 15.000 rpm.

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Motor de Movimiento

z Tradicionalmente los motores han usado rodamiento con bolitas en su diseño. Pero debido al aumento de la densidad de los discos éstas se están quedando obsoletas.

z Existe un nuevo modelo de rodamiento

llamado de “fluido dinámico” que usa un líquido lubricante muy viscoso para el contacto entre la bobina y los demás componentes.

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Placa Lógica

z Es la que controla la rotación del motor y el actuador.

z La mayoría de los fallos en los discos duros se producen en la placa lógica. Pero éstas no se venden por separado por lo que hay que

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Cables y Conectores

z Existen tres tipos de conectores:

– Conectores de interfaz: llevan datos y órdenes entre

el disco duro y el sistema.

– Conectores de corriente: la corriente se suministra

mediante un conector de 4 pines. Los discos duros usan 5 y 12 voltios. Doce para el motor y el

actuador y 5 para la circuitería.

– Conectores de tierra (opcionales): es una conexión

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Jumpers y Switches

z Para conectarlos al sistema se necesitan

muchos jumpers los cuáles dependen del tipo de interfaz que soporta el disco.

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Características

z Capacidad

z Rendimiento

z Fiabilidad

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Capacidad

z “Los datos se expanden de manera que llenan todo el espacio disponible para su almacenamiento”.

z Debido a esto hay una tendencia a adquirir discos duros con la mayor capacidad posible para poder

almacenar fotos, videos, música, sistemas operativos, aplicaciones, juegos, etc.

z Los discos duros actuales pueden almacenar todo esto peros quedarse sin espacio puede ser bastante

perjudicial ya que los SO usan una gran cantidad de espacio para archivos temporales y memoria virtual.

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Capacidad

z Las limitaciones de la capacidad dependen de la interfaz.

z Cuándo ATA se creó en 1986 tenía una limitación de 137 GB.

z Las ediciones de la BIOS limitaron la capacidad a 528 MB hasta 1994 y 8.4 GB hasta 1998.

z Con la salida del ATA-6 se aumento el

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Rendimiento

z Una característica importante de los discos duros es su velocidad. La cuál se suele medir de dos maneras:

– Velocidad de Transferencia – Tiempo de Acceso Medio

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Rendimiento

z Existen dos Velocidades de Transferencia: la

velocidad de transferencia media que es la velocidad a la que se lee y escribe información y la velocidad de la interfaz que es cuánto tarda la información en ser

transmitida entre la placa base y el buffer el disco duro.

z Un aspecto a tener en cuenta es la velocidad a la que giran los platos ya que cuánto más rápido giren más velocidad de transferencia tendrá.

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Rendimiento

z Dos factores son importantes en la velocidad de transferencia de un disco duro :

– La velocidad de rotación

– La densidad de grabado (número de sectores por

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Rendimiento

z El tiempo de acceso medio se calcula como la suma de dos características:

– Tiempo de búsqueda: es el tiempo que se tarda en

mover el cabezal de un cilindro a otro cualquiera.

– Latencia: es el tiempo que transcurre hasta que un

sector esté disponible después de que el cabezal se coloque en su pista.

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Fiabilidad

z Una medida de la fiabilidad es el MTBF (Mean Time Between Failures). Ésta medida no es muy fiable.

z _{Otra medida es el SMART (Self-Monitoring,}

Analysis and Reporting Technology). En la que se monitorean algunas características que son susceptibles a fallos.

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Coste

z En 1983 un disco duro de 10 MB costaba alrededor de $1.800.

z Actualmente un disco duro de 500 GB cuesta 69€.

z Cada vez los discos duros tienen más capacidad y menor coste.