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Composición

Publicadas por Unknown a la/s 4:23 p.m.

COMPOSICIÓN MECÁNICA DE UN DISCO DURO:


El disco duro está compuesto por varios discos o platos apilados distantes de una carcasa impermeable al aire y al polvo.

Piezas de un disco duro:

Como se puede apreciar en la figura un disco duro esta contenido de diferentes piezas que se van a mencionar a continuación:

  • Platos o discos donde se graban los datos.
  • El cabezal de lectura/escritura.
  • El impulsor de cabezal (motor).
  • Electroimán que es el que mueve el cabezal.
  • Un circuito electrónico de control lo cual contiene, la interfaz con el ordenador, memoria caché.
  • Una caja que protege al disco duro de la suciedad o polvo del medio.
  • Una bolsita desecante con lo cual se evita la humedad.
  • Tornillos que son especiales.



ESTRUCTURA FÍSICA DE UN DISCO DURO:

El disco duro está compuesto por las siguientes estructuras:

Platos: También llamados discos. Estos discos están elaborados de aluminio o vidrio recubiertos en su superficie por un material ferromagnético apilados alrededor de un eje que gira gracias a un motor, a una velocidad muy rápida. El diámetro de los platos oscila entre los 5cm y 13 cm.

Cabezal de lectura/escritura: Es la parte del disco duro que lee y escribe los datos del disco. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza de lectura/escritura a cada lado del plato o disco, pero hay algunos discos de alto desempeño tienen dos o mas cabezas sobre cada que tienen dos o más cabezas sobre cada superficie esto de manera que cada cabeza atienda la mitad del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial.



Impulsor de Cabezal: Es un motor que mueve los cabezales sobre el disco hasta llegar a la pista adecuada, donde esperan que los sectores correspondientes giren bajo ellos para ejecutar de manera efectiva la lectura/escritura.

Pistas: La superficie de un disco está dividida en unos elementos llamadas pistas concéntricas, donde se almacena la información. Las pistas están numeradas desde la parte exterior comenzando por el 0. Las cabezas se mueven entre la pista 0 a la pista más interna.


Cilindro: Es el conjunto de pistas concéntricas de cada cara de cada plato, los cuales están situadas unas encima de las otras. Lo que se logra con esto es que la cabeza no tiene que moverse para poder acceder a las diferentes pistas de un mismo cilindro. Dado que las cabezas de lectura/escritura están alineadas unas con otras, la controladora de disco duro puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el rotor. Cada pista está formada por uno o más cluster.


Sector: Las pistas están divididas en sectores, el número de sectores es variable. Un sector es la unidad básica de almacenamiento de datos sobre los discos duros. Los discos duros almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores, la mayoría de los discos duros usan sectores de 512 bytes cada uno. Comúnmente es la controladora del disco duro quien determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado, en cambio en algunos modelos de disco duro se permite especificar el tamaño de un sector.


Cluster: Es un grupo de sectores, cuyo tamaño depende de la capacidad del disco.
A continuación se muestra una tabla que representa esta relación:


Tamaño del Driver
Tipo de FAT
(bits)
Sectores por cluster
Tamaño del Cluster (kb)
0-15
12
8
4
16-127
16
4
2
128-255
16
8
4
256-511
16
16
8
512-1023
16
32
16
1024-2048
16
64
32

 

GEOMETRÍA DEL DISCO DURO:

Ahora vamos a ver la organización electrónica de cualquier disco duro según el número físico real de platos, cabezas, pistas y sectores:
  • Se sabe que el disco duro tiene una cabeza de lectura/escritura para cada cara de un plato, entonces si se sabe el número de cabezas que hay en un disco duro automáticamente se sabe el número de platos que contiene y viceversa.
  • Ejemplo: Si se tiene 5 platos entonces se tiene 10 cabezas de lectura/escritura.
  • El número de pistas varía según el tipo de disco duro, para los discos duros antiguos el número de pista era de 305 en cambio los discos duros más nuevos pueden tener 16000 pistas o más.
  • El número de pistas por superficie es igual al número de cilindros. Al multiplicar el número de cabezas con el número de cilindros se sabe el número de pistas del disco.
  • El número de sectores varía según el tipo de disco duro, para los discos duros antiguos el número de sectores era de 8 en cambio para los discos duros más modernos es de 60 sectores o más.


 ESTRUCTURA LÓGICA DE UN DISCO DURO:

 La estructura lógica de un disco duro esta formado por:

Sector de arranque: Es el primer sector de un disco duro en él se almacena la tabla de particiones y un programa pequeño llamado Master Boot. Este programa se encarga de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa, en caso de que no existiese partición activa mostraría un mensaje de error.

Espacio particionado: Es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición.

Espacio sin particionar: Es el espacio del disco que no ha sido asignado a ninguna partición.

  
·         A su vez la estructura lógica de los discos duros internamente se pueden dividir en varios volúmenes homogéneos dentro de cada volumen se encuentran una estructura que bajo el sistema operativo MS-DOS es el siguiente:
·          
Sector de arranque (BOOT).
Tabla de asignación de ficheros (FAT)
Una o más copias de la FAT
Directorio raíz.
Zona de datos para archivos y subdirectorios.

Cada zona del volumen acoge estructuras de datos del sistema de archivos y también los diferentes archivos y subdirectorios. No es posible decir el tamaño de las diferentes estructuras ya que se adaptan al tamaño del volumen correspondiente.

A continuación vamos a definir cada una de las estructuras mostrada en el cuadro.

1.-Sector de arranque (BOOT): En el sector de arranque se encuentra la información acerca de la estructura de volumen y sobre todo del BOOTSTRAP-LOADER, mediante el cual se puede arrancar el PC desde el DOS. Al formatear un volumen el BOOT se crea siempre como primer sector del volumen para que sea fácil su localización por el DOS.

2.-Tabla de asignación de ficheros (FAT): La FAT se encarga de informar al DOS que sectores del volumen quedan libres, esto es por si el DOS quiere crear nuevos archivos o ampliar archivos que ya existen. Cada entrada a la tabla se corresponde con un número determinado de sectores que son adyacentes lógicamente en el volumen.

3.-Uno o más copias de la FAT: El DOS permite a los programas que hacen el formateo crear una o varias copias idénticas de la FAT, esto va a ofrecer la ventaja de que se pueda sustituir la FAT primaria en caso de que una de sus copias este defectuosa y así poder evitar la pérdida de datos.

4.-Directorio Raíz: El directorio raíz representa una estructura de datos estática, es decir, no crece aún si se guardan más archivos o subdirectorios. El tamaño del directorio raíz está en relación al volumen, es por eso que la cantidad máxima de entradas se limita por el tamaño del directorio raíz que se fija en el sector de arranque.

5.-Zona de datos para archivos y subdirectorios: Es la parte del disco duro donde se almacenan los datos de un archivo. Esta zona depende casi en su totalidad de las interrelaciones entre las estructuras de datos que forman el sistema de archivos del DOS y del camino que se lleva desde la FAT hacia los diferentes sectores de un archivo.

CARACTERÍSTICAS QUE DESCRIBEN EL DESEMPEÑO DE UN DISCO DURO

Los fabricantes de discos duros miden la velocidad en términos de tiempo de búsqueda, tiempo de acceso, latencia y tasa de transferencia de datos:

1.-Capacidad de almacenamiento: Se refiere a la cantidad de información que se pueda almacenar o grabar en un disco duro. Su medida en la actualidad en GB aunque también en TB.

2.-Velocidad de rotación: Es la velocidad a la que giran los platos del disco cuya regla es que a mayor velocidad de rotación mayor será la transferencia de datos, pero a su vez será mayor ruido y también mayor calor generado por el disco. La velocidad de rotación se mide en revoluciones por minuto (RPM).

3.-Tiempo de acceso: Es el tiempo medio necesario que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos. Es la suma de varias velocidades:

  • El tiempo que tarda el disco en cambiar de una cabeza a otra cuando busca datos.
  • El tiempo que tarda la cabeza lectora en buscar la pista con los datos saltando de una en otra.
  • El tiempo que tarda la cabeza en buscar el sector correcto en la pista.

Por lo tanto el tiempo de acceso es la combinación de tres factores.

3.1.-Tiempo de búsqueda: Es el intervalo tiempo que el 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 varía en cada búsqueda.

Un tiempo de búsqueda bajo es algo muy importante para un buen rendimiento del disco duro.
3.2.-Latencia: Cada pista de un disco duro contiene múltiples sectores, una vez que la cabeza de lectura/escritura encuentra la pista correcta las cabezas permanece en los lugares inactivos hasta que el sector pasa por debajo de ellas, este tiempo de espera se llama latencia. La latencia promedio es el tiempo para que el disco una vez que está en la pista correcta encuentre el sector deseado, es decir, es el tiempo que tarda el disco en dar media vuelta.

3.3.-Command Overhead: Es el tiempo que le toma a la controladora procesar un requerimiento de datos.

4.-Tasa de transferencia de datos: Esta medida indica la cantidad de datos que un disco puede leer o escribir en la parte más exterior del disco en un periodo de un segundo.

5.-Memoria Caché: Es una memoria que va incluida en la controladora del disco duro, de modo que todos los datos que se leen y escriben en el disco duro se almacenan primeramente en esta memoria.

FUNCIONAMIENTO DE UN DISCO DURO

El funcionamiento de un disco duro se da de la siguiente manera:

1.-Primero cada superficie magnética de los discos tiene asignado uno de los cabezales de lectura/escritura de la unidad como se sabe según la geometría de disco hay un cabezal de lectura/escritura para cada cara del plato.

2.-El conjunto de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila de platos o discos mediante un brazo mecánico que los transporta.

3.-Para que los cabezales tengan acceso a la totalidad de los datos es necesario que la pila de platos gire, este giro se va a realizar a una velocidad constante y no va a parar mientras esté encendido el computador.

3.1.-Para los discos flexibles el giro se produce solo cuando se este efectuando una operación de lectura/escritura, el resto del tiempo permanece en reposo como ocurre con los disquetes. En los CD-ROM ocurre algo similar pero la velocidad de giro no va a ser constante.

4.-Al realizar una operación de lectura en el disco duro se desplaza los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los datos, espera a que el primer dato que gira con los platos llegue al lugar donde están los cabezales y finalmente lee los datos con el cabezal correspondiente; para la operación de escritura en el disco duro es similar a la anterior.

A continuación se va a describir al detalle el desarrollo de una operación de lectura/escritura.
Cuando un software indique al sistema operativo a que deba leer o escribir en un archivo, el sistema operativo solicita que el controlador de disco rígido que traslade los cabezales de lectura/escritura a la tabla de asignación de archivos (FAT).

El sistema operativo lee la FAT para así determinar en que punto comienza un archivo en el disco o que partes del disco es el que están disponibles para guardar un nuevo archivo.
Los cabezales escriben datos en los platos al alinear partículas magnéticas sobre la superficie de estos.

Los cabezales leen datos al detectar las polaridades de las partículas que ya se han alineado.
Es posible guardar un solo archivo en partes diferentes sobre varios platos comenzando por una primera parte disponible que se pueda encontrar. Después que el sistema operativo escribe un nuevo archivo en el disco, se graba una lista de todas las partes del archivo en la FAT.

INTERFACES DE DISCO DURO

Una interface de disco duro es una conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema, 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 la cual no solo se encarga de transmitir y transformar la información que parte de y llega al disco sino también de seleccionar a la unidad a la que se quiere acceder, del formato y de todas las ordenes en general. La controladora a veces se encuentra dentro de la placa madre.

Antes de mencionar los tipos de interfaces es necesario conocer dos términos:
Interface a nivel dispositivo: Es una interface que usa un controlador externo para conectar discos al ordenador.
Interface a nivel de sistema: Es una interface entre el disco duro y su sistema principal que pone las funciones de control y separación de datos sobre el propio disco.
Las interfaces del disco duro pueden ser:

  • ST506: Es la primera interface utilizado en lo ordenadores personales, es un interface a nivel de dispositivo. Esta interface proporciona un valor máximo de transferencia de datos de menos de 1MBps. En la actualidad ya no hay discos duros con esta interface.
  • ESDI: Es una interface que como el anterior es a nivel de dispositivo, que fue diseñado como un sucesor del ST506 pero con la diferencia de que esta interface proporciona un valor más alto de transferencias de datos entre 1.25 y 2.5 MBps. Esta interface igual que la anterior ya no se usan en la actualidad y además son difíciles de encontrar.
  • IDE: Es una interface a nivel del sistema la cual cumple con la norma ANSI de acoplamiento a los AT y que usan una variación sobre el bus de expansión del AT para conectar una unidad de disco a la CPU con un valor máximo de transferencia de 4 MBps. Esta interface es más rápida que las dos interfaces mencionadas anteriormente, pero con la aparición de los ATs esta interface desaparecerá para dar paso a SCSI y el SCSI-2.


Íntimamente relacionado con el IDE tenemos el ATA la cual define un conjunto de normas que deben cumplir los dispositivos
Años después aparecieron los discos EIDE (FastATA), que fue desarrollado por la compañía Westem Digital compatibles con los primeros, pero con algunas mejoras basadas en la especificación ATA-2 que ya soporta unidades de CD-ROM (ATAPI) y de cinta.
  • SCSI: Es una interface a nivel de sistema que esta diseñado para aplicaciones de propósito general lo cual permite que se conecten hasta siete dispositivos a un único controlador. El SCSI-1 tiene un ancho de bus de 8 bits, después se incluyeron características muy destacadas como la posibilidad de conectar hasta siete dispositivos de todo tipo como discos, cintas, escaners, etc.


Después del SCSI-1 apareció el SCSI-2, que dispone de un ancho de bus de 16 bits, posteriormente apareció el Fast-SCSI que es considerado el doble de rápido que el anterior y por ultimo apareció el Wide SCSI el cual tiene un ancho de bus de 32 bits, así como también un mayor rendimiento.

¿CÓMO TRABAJAR CON DOS O MÁS DISCOS DUROS?

Al trabajar con varios discos duros sólo el primero de ellos es arrancable, algunas BIOS permiten que se intercambie los discos duros primero y segundo, es decir, el segundo se comportaría como si fuera el primero y el primero como el segundo.

El ordenador arrancará desde la partición activa del primer disco duro y no se va a tener en cuenta cual es la partición activa en el resto de los discos duros. Se debe tener en cuenta los problemas que traen al incorporar un nuevo disco duro al ordenador con las letras de unidad, para evitar el menor número posibles de cambios es preferible utilizar particiones lógicas en el resto de discos duros.

INSTALACIÓN DE UN DISCO DURO

Para instalar un disco duro se necesita tener o saber lo siguiente:

  1. Un destornillador con punta estrella.
  2. Un manual de disco duro el cual indicará como se debe hacer la instalación.
  3. Tener algunos conocimientos previos sobre el hardware y la BIOS.
  4. Estar familiarizado con los términos maestro (master), esclavo (slave), IDE, BIOS, disco duro, formatear, particionar, sector de arranque, disco de arranque.
  5. Se necesita también un disco de arranque hecho obligadamente en Windows 98 o superior.
  6. Y por supuesto un disco duro.
  7. Los pasos a seguir en la instalación son los siguientes:
  8. Pensar la configuración que le daremos al nuevo disco, es decir, si va a ser maestro o esclavo eso dependiendo de los demás dispositivos que se hayan conectados en el IDE.
  9. Cambiar los jumpers de los demás dispositivos correspondientes dependiendo de la configuración.
  10. Conectar el nuevo disco duro.
  11. Encender el computador y comprobar que la BIOS los detecte.
  12. Si el nuevo disco no está particionado o formateado entonces hacerlo
  13. Y finalmente instalar el sistema operativo eso si es que instalamos el disco como maestro.





Conexionado

Tipos de conexión de datos
Las unidades de discos duros pueden tener distintos tipos de conexión o interfaces de datos con la placa base. Cada unidad de disco rígido puede tener una de las siguientes opciones:

  • ·         IDE

  • ·         SATA

  • ·         SCSI

  • ·         SAS


Cuando se conecta indirectamente con la placa base (por ejemplo: a través del puerto USB) se denomina disco duro portátil o externo.

IDE, ATA o PATA
La interfaz ATA (Advanced Technology Attachment) o PATA (Parallel ATA), originalmente conocido como IDE (Integrated Device Electronics o Integrated Drive Electronics), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) o unidades de discos ópticos como lectoras o grabadoras de CD o DVD.
Hasta el 2004, aproximadamente, fue el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad.
Son planos, anchos y alargados.

SATA
Serial ATA o SATA es el más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos.
Notablemente más rápido y eficiente que IDE.
Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente (hot plug).
Existen tres versiones:
1.       SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (descatalogado),
2.       SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad;
3.       SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado.

SCSI
Las interfaces Small Computer System Interface (SCSI) son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación.
Se presentan bajo tres especificaciones:
1.       SCSI Estándar (Standard SCSI),
2.       SCSI Rápido (Fast SCSI) y
3.       SCSI Ancho-Rápido (Fast-Wide SCSI).
Su tiempo medio de acceso puede llegar a 7 milisegundos y su velocidad de transmisión secuencial de información puede alcanzar teóricamente los 5 Mbit/s en los discos SCSI Estándares, los 10 Mbit/s en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbit/s en los discos SCSI Anchos-Rápidos (SCSI-2).
Un controlador SCSI puede manejar hasta 7 discos duros SCSI (o 7 periféricos SCSI) con conexión tipo margarita (daisy chain). A diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al microprocesador, lo que posibilita una mayor velocidad de transferencia.

SAS
Serial Attached SCSI (SAS) es la interfaz de transferencia de datos en serie, sucesora del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión en caliente. Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI.

Además, el conector es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costes. Por lo tanto, las unidades SATA pueden ser utilizadas por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS.

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