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Disco Duro(informe)

Informe III



Disco Duro(informe)




1º IE
Jonathan Montero
Santiago Atahualpa Chupanki





1) Disco duro: todos sus componentes

2) Definición de:
a- Pista
b- Sector
c- Cilindro


3) Formateo de alto nivel

4) Formateo de bajo nivel

5) Particiones FAT, FAT 32, NTFS

6) Interfaz ATA/ IDE, SCSI, SATA

7) Diseño de cabezas lectura / escritura

8) Función de un HD- almacenamiento magnético

9) Fuente



Disco duro: todos sus componentes



bajo




Un disco duro consiste en un conjunto de platos, cada uno de los cuales tiene 2 caras sobre las que se puede grabar información.


Para organizar el proceso de escritura y lectura de los datos en el disco duro la superficie es dividida en pistas y sectores. Las pistas son círculos concéntricos que empiezan al final del disco y se van volviendo menores mientras mas se acercan al centro. Cada pista recibe un número de direccionamiento que permite su localización.

Platos

La pieza más importante de todo disco duro son uno o más platos de aluminio, vidrio o cerámica, recubiertos por un fina capa de material ferromagnético de unas cuantas
micras de espesor (de entre 3 y 8 micras en los discos modernos).
Aquí es donde, finalmente, se almacena la información binaria.

Motor servocontrolado

Los platos de almacenamiento giran accionados por un motor servocontrolado, que garantiza una velocidad angular uniforme, la cual varía dependiendo del disco, pero comúnmente oscila entre 3.200, 4.800, 5.400, 7.200 e incluso 10.000 revoluciones por minuto. Esta velocidad de giro es importante para el desempeño general de la unidad, ya que mientras más rápido sea el giro, más rápidamente se podrá almacenar o leer la información en la unidad. Actualmente, el motor de giro más usual suele se el de tipo BSL (sin escobillas), lo que reduce prácticamente a cero las pérdidas por fricción, haciendo más eficiente la operación del conjunto

Cabezales

Para realizar la lectura y escritura de datos en la superficie de los discos, se necesitan
dos cabezas de grabación y lectura, una por cada cara del disco (por supuesto que si hay más de un plato, habrá más cabezas). Las cabezas están unidas por un elemento al que se denomina "actuador". Se trata de un brazo que en un extremo tiene montadas las cabezas magnéticas y en el otro los elementos necesarios para lograr el desplazamiento de ellas a través de la superficie del disco (figura4). Antes las cabezas eran simples toroides de ferrita (similares a las que se incluyen en cualquier grabadora de cassettes casera), pero en la actualidad se fabrican en miniatura, por un método parecido al de los circuitos integrados (cabezas tipo thin film), o se trata de complejos elementos magneto-resistivos que permiten enormes densidades de grabación, redundando en discos cada
vez más pequeños y de mayor capacidad.

Motor de desplazamiento de cabezas

El desplazamiento de las cabezas de lectura/escritura sobre la superficie de los platos, es necesaria para lograr la recuperación de los datos almacenados en un disco. En discos
antiguos, el desplazamiento lo realizaba un motor de pasos conectado al brazo donde iban montadas las cabezas; en la actualidad, estos motores han sido sustituidos por una "bobinas de voz" (voice coil), las cuales permiten movimientos más precisos y, lo más importante, pueden autocorregir pequeñas desviaciones que pudiera haber en el proceso de búsqueda de un track de información (además de permitir desplazamientos más veloces). Para su funcionamiento, esta bobina de voz necesita un par de imanes permanentes que producen un campo magnético de cierta intensidad. Sumergida en dicho campo, se encuentra la bobina que está adosada
en el brazo de cabezas (puede darse la situación contraria: un imán pegado al brazo y las bobinas rodeándolo); de modo que cuando circula una corriente a
través de la bobina, por la atracción y repulsión magnéticas, el brazo de las cabezas tiende a moverse. Manejando la magnitud de corriente que circule por la bobina, se puede controlar el desplazamiento de las cabezas sobre la superficie del disco.

Gabinete

Los discos se encuentran en un gabinete herméticamente sellado, de modo que el aire exterior que contiene una gran cantidad de partículas suspendidas, no penetre al interior de la unidad, a menos que pase por unos filtros especiales que retiran todas las partículas indeseables y permiten el flujo de aire limpio dentro del disco. Si bien, por algún tiempo se manejó que los discos duros venían al vacío, esto no es cierto, para su funcionamiento es indispensable que se forme un colchón de aire entre la superficie del disco y la cabeza magnética, algo imposible si la unidad estuviera al vacío.

Circuitos electrónicos

En la parte exterior del gabinete, hay una placa de circuitos electrónicos con varios
chips que establecen la comunicación entre la computadora y el interior del disco
duro. Esta placa contiene los circuitos de intercambio de datos, los amplificadores que graban los datos en la superficie de los platos y aquellos que recogerán los minúsculos pulsos que captan las cabezas de lectura, amplificándolos y decodificándolos para enviarlos al microprocesador. También incluye los conectores para alimentar el disco duro con +5 y +12 volts (hay discos que trabajan con +5 volts e incluso con menos para máquinas portátiles); en esta placa también se configura la unidad como disco único, master o slave. Aún cuando estos elementos básicos conforman un disco duro, es posible encontrar otros, como un brazo para auto estacionado de cabezas, LED's indicadores de actividad del disco, etc., sin embargo, la estructura básica de la unidad es la misma.






Definición de:




Pista:


Las pistas mas externas reciben el numero 0 y las siguientes el numero de 1, 2, 3 y así en adelante. Para facilitar más el acceso de datos, las pistas se dividen en sectores, que son pequeños trozos donde son almacenados los datos, siendo cada sector de 512 bytes.

Sector:

Un disco duro actual (teniendo en cuenta que el libro del cual se saco este dato es de 2007) posee unos 9.000 sectores en cada pista (el numero varia en función de la marca y del modelo), poseyendo siempre mas de 3.000 pistas.

HD



Cilindro:

Para definir el límite entre una pista y otra, así como donde termina un sector y donde empieza el próximo, se usan unas marcas de direccionamiento, pequeñas áreas con una señal magnética especial, que orientan la cabeza de lectura, permitiendo a la controladora del disco duro localizar los datos deseados en cada momento. En los discos duros IDE estas marcas son hechas una vez durante el proceso de fabricación del disco, y no se puede borrar vía software. Existen algunos programas como el Norton Calíbrate, que prometen un formateo físico no destructivo, grabando de nuevo las marcas de orientación, lo que según los manuales mejoran la fiabilidad del disco duro. Sin embargo, la amplia mayoría de los discos duros no permiten la regrabación de estas marcas.
Además de las pistas y los sectores, también témenos las diferentes caras de los platters. Un disco duro esta formado internamente por varios discos ampliados (platters), siendo lo más común el uso de 2 o 3 discos. Por regla general, solo los discos duros de gran capacidad utilizan 4 o mas platters. Así como un disquete, podemos usar los dos lados del disco duro con 2 platters por ejemplo, disponemos de 4 caras. Como una cara se encuentra aislada de la otra, en un disco duro tenemos varias cabezas de lectura, uno por cada cara.
A pesar de poseer varios cabezales de lectura en un disco duro, estos no se mueven independientemente, pues todos son parte de la misma pieza metálica, conocida por brazo de lectura. El brazo de lectura es una pieza triangular, que puede moverse horizontalmente. Ya que todos los cabezales de lectura siempre estarán en la misma pista de sus respectivos platters, dejamos de llamarlas pistas y pasamos a usar el termino cilindro.
Un cilindro es el conjunto de las pistas con el mismo número en los distintos platters del disco duro.

IDE



Formateo de bajo nivel :




En los discos IDE y SCSI, este proceso se realiza en fábrica, pero en discos antiguos MFM, RLL o ESDI el usuario tenía que hacerlo. Se trata de una inicialización fundamental que le indica a la unidad la forma en que grabará la información en los platos. Para ello, se fijan los parámetros correspondientes al número de cilindros y número de sectores (el número de cabezas se determina por la construcción física del disco, aunque en unidades modernas esto puede variar). También se revisa toda la superficie de los platos en busca de posibles sectores dañados, marcándolos como defectuosos, de modo que el sistema operativo no trate de escribir información en
ellos. Asimismo, se identifican cilindros y sectores; en este último punto, se fija el
entrelazado que utilizará la unidad para acelerar los procesos de lectura y escritura
(el entrelazado es un método por medio del cual los sectores dentro del disco duro se colocan en un orden no secuencial, con el objeto de obtener el máximo flujo de datos hacia y desde el disco duro; vea en figura 9 una explicación gráfica de esto). En dicho proceso, se establece el número de bytes que se pueden almacenar en un sector del disco, aunque aún no hay ninguna regla que determine la manera de utilizar dicha capacidad.






Formateo en alto nivel




Se trata del formateo lógico en donde se inicializa la unidad, es decir, donde se fija perfectamente la forma en que se utilizará la capacidad de almacenamiento; para ello se divide la capacidad "bruta" de cada sector en los bytes que serán usados como control y en los que se usarán para el almacenamiento de información (esto debido a que en un sector típico se tienen más de 512 bytes de almacenamiento, pero todos los "extra"
se utilizan en funciones de control y protección de datos).

En este proceso, se lleva a cabo lo siguiente:

* Se crea el directorio raíz de la unidad de disco.
* Se crea la tabla de localización de archivos (FAT) con su copia de seguridad.
* Se hace un recorrido por toda la superficie de almacenamiento del disco, realizando una escritura y lectura secuencial en búsqueda de sectores que pudieran presentar defectos, en cuyo caso, son marcados en las FAT para que el DOS no guarde información en ellos.
* Se fija el tamaño del cluster, dependiendo de la capacidad total de la partición.
* Se crea el sector de arranque en la cabeza 1.
* Se forma el sector 1 del cilindro inicial de la partición activa, en donde se graba el inicio del archivo IO.SYS, que como recordará, forma parte de los archivos de arranque del sistema operativo (sólo si se añade el modificador /S a la orden FORMAT).
* Se graba una etiqueta que identificará a dicha partición (LABEL), colocándola en la
cuarta posición del directorio raíz.





Particionado :




1) FAT:
Este sistema de archivos se basa, como su nombre indica, en una tabla de asignación de archivos de 16 bits o FAT. Esta tabla es el índice del disco. Almacena los grupos utilizados por cada archivo, los grupos libres y los defectuosos. Como consecuencia de la fragmentación de archivos, es corriente que los distintos grupos que contienen un archivo se hallen desperdigados por toda la partición. La FAT es la encargada de seguir el rastro de cada uno de los archivos por la partición.
Este sistema de archivo es estándar en el dos. Utiliza números de 16 bits para identificar las unidades de asignación (clúster), con un volumen máximo de
2 GB.
Una unidad de disco duro se puede dividir en 2 unidades primarias la cual una va a ser extendida y dentro de la extendida construir hasta 25 unidades lógicas

( cuaderno, http://www.saulo.net/pub/ddypart/a.htm )


2) FAT 32: una evolución natural del antiguo FAT16, el sistema de archivos FAT32, utiliza 32 bits para el direccionamiento de cada cluster, permitiendo clusters de solo 4KB. El tamaño máximo de una partición con el sistema FAT32 es de 2.048 GBytes (2 Terabytes), lo que permite formatear cualquier disco duro actual en una única partición.

Cuando convertimos una partición FAT16 a FAT32, lo mas normal es que consigamos entre un 15 y un 30% de disminución en el espacio ocupado en el disco. El problema es que varios sistemas operativos antiguos, incluyendo el Windows NT 4.0 y Windows 95, no son capases de acceder a las particiones formateadas con FAT32. Felizmente, los sistemas operativos mas actuales, como Windows 2000 / XP y versiones recientes de Linux, ya ofrecen soporte para este sistema. El único problema, aparte de la menor compatibilidad en sus inicios, fue que la desfragmentacion del disco, sea cual fuese el programa usado, era mas lento debido al mayor numero de clusters. Por ejemplo, usando el desfragmentador de disco de Windows 98, la desfragmentacion puede demorar una hora. Otros programas como Norton Speed Disk ya son más rápidos, a pesar que la desfragmentacion tarda mas que en los discos con el sistema FAT16.
A pesar del uso de direcciones de 32 bits para cada cluster de 4 KB en particiones grandes, por cuestiones de rendimiento se estableció que, por defecto, los clusters de 4 KB solo se usarían en particiones de hasta 8 GB. Por encima de esto, el tamaño de los clusters variara de acuerdo con el tamaño de la partición:

32


3) NTFS: Este es el sistema de archivos que permite utilizar todas las características de seguridad y protección de archivos de Windows NT. NTFS sólo es recomendable para particiones superiores a 400 MB, ya que las estructuras del sistema consumen gran cantidad de espacio. NTFS permite definir el tamaño del grupo (cluster), a partir de 512 bytes (tamaño de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición.
Las técnicas utilizadas para evitar la fragmentación y el menor desaprovechamiento del disco, hacen de este sistema de archivos el sistema ideal para las particiones de gran tamaño requeridas en grandes ordenadores y servidores.

( http://www.saulo.net/pub/ddypart/a.htm )






Interfaz:




1) ATA/IDE: La interfase básica para conectar una unidad de disco duro a una PC moderna, se llama IDE. El verdadero nombre de la interfase es ata.
Las IDE se usan para conectar discos duro, CD-ROM, DVD, cintas de alta capacidad.
La tarea principal del controlador de disco o interfase es transmitir y recibir datos de la unidad, las diferentes interfaces van a limitar las diferentes velocidades de transferencia del disco duro.


Foto de el puerto ATA/IDE

cilindro


16




2) SCSI
ha sido tradicionalmente el estándar para conectar dispositivos que necesitaran unas velocidades de transferencias elevadas, como discos duros destinados a edición de audio y vídeo. Algunas de sus principales características son:

-La velocidad de transferencia de datos de estas unidades puede llegar hasta los 160 MB/s.

-Los dispositivos SCSI pueden leer y escribir datos simultáneamente incrementando su rendimiento.
-SCSI es un protocolo de mucho más alto nivel que el IDE. De hecho, mientras que IDE es un interfaz, SCSI es realmente un bus al nivel del sistema, con controladoras inteligentes en cada dispositivo SCSI, trabajando conjuntamente para manejar el flujo de información en el canal. SCSI soporta muchos tipos de dispositivos y no está forzado a usar discos duros de la forma que IDE/ATA1 la usa.
Es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos del bus de la computadora, se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo scanners, unidades CD-ROM, grabadoras de CD, y unidades DVD.

Foto del puerto SCSI

ntfs
Nivel
pista



3) S-ATA: Es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como puede ser el disco duro, u otros dispositivos de altas prestaciones .Serial ATA sustituye a la tradicional ATA o P-ATA. SATA proporciona mayores velocidades, mejor aprovechamiento cuando hay varios discos, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar discos en caliente (con la computadora encendida).
Actualmente es una interfaz extensamente aceptada y estandarizada en las placas base de PC. Los usuarios del interfaz SATA se benefician de mejores velocidades, dispositivos de almacenamientos actualizables de manera más simple y configuración más sencilla. El objetivo de SATA-IO es conducir a la industria a la adopción de SATA definiendo, desarrollando y exponiendo las especificaciones estándar para el interfaz SATA.

Foto del puerto S-ATA:

disco



(http://es.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA)



Diseño de cabezas lectura/escritura




Funciona de la misma forma que los disquetes, los discos duros también usan la forma de grabación magnética. La diferencia más importante entre un disquete y un disco duro es que el segundo consta de uno o varios discos de aluminio superpuesto mientras que en el primero solo hay un disco flexible, de ahí el nombre del disco duro. Los discos de disco duro están recubiertos por una capa magnetizable de oxido de hierro II o III, esta capa es la que contiene los datos. En los modelos normales de los discos permanece siempre dentro de la caja del dispositivo y prácticamente forman una unidad funcional junto con los cabezales magnéticos.

Hace años los cabezales trabajaban de forma totalmente inductiva y eran tan grandes como los usados en los reproductores de casette, o mayores en los “discos gigantes”. Al principio se adaptaron para una tecnología de capa delgada (Thin-Film), una técnica basada en el proceso de pulverización mentalizadora y catódica (proceso Sputter) capaz de definir estructuras por debajo de una micra (μm).

Prácticamente todos los discos duros actuales se basan en una revisión de este método que utiliza tecnología magnetoresistiva (MR), sus cabezales realizan menor inducción que los cabezales Thin- Film lo que conduce a una mayor frecuencia de datos. La técnica MR trabaja con elementos de escritura y lectura separados, donde el componente de escritura es un elemento de capa fina con base inductiva que consta de dos polos magnéticos. Entre esos dos polos magnéticos se encuentra la unidad de lectura, el censor MR alimentado con una tensión de exploración durante el proceso de lectura.

Al pasar por encima del disco la capa MR del censor cambia según el campo magnético definido en el disco, detectados como variaciones de resistencia y luego conducidos como impulsos que representan los bits grabados en el disco. La señal de la unidad MR es lo bastante independiente de la velocidad de giro del disco como para detectar las minúsculas separaciones de las pistas.

El cabezal de lectura y escritura de un disco duro, funciona como un electroimán, estando compuesto por una bobina de hilos que envuelven el núcleo de hierro. Este electroimán es extremadamente pequeño y preciso, hasta el punto de ser capaz de escribir datos en pistas que miden menos de una centésima de milímetro.

Cuando se están grabando los datos en el disco duro, el cabezal usa su campo magnético para organizar las moléculas del oxido de hierro de la superficie de escritura, haciendo que los polos positivos de las moléculas queden alimentados con el polo positivo del cabezal. En este caso, se usa la vieja y famosa ley de que los polos opuestos se atraen.

Como el cabezal de lectura y escritura del disco duro es un electroimán, su polaridad puede alterarse constantemente. Con los platters girando constantemente y variando la polaridad de la cabeza de escritura, también variamos la dirección de los polos positivos y negativos de las moléculas de la superficie magnética. Según la dirección de los polos, tenemos un bit 1 o 0.
Para grabar las secuencias de bits 1 y 0 que forman los datos, la polaridad magnética del cabezal es modificada algunos millones de veces por segundo, siempre siguiendo ciclos bien determinados. En el disco, cada bit esta formado por una secuencia de varias moléculas. Cuanto mayor es la densidad del disco, se usan menos moléculas para almacenar cada bit y tendremos una señal magnética más débil. Entonces necesitamos de un cabezal magnético mucho mas preciso.

En el momento de leer los datos almacenados en el disco, el cabezal de lectura capta el campo magnético generado por las moléculas alineadas. La variación entre las señales magnéticas positivas y negativas genera una pequeña corriente eléctrica, que corre a través de los hilos de la bobina. Cuando la señal llega a la tarjeta lógica del disco duro, es interpretada como una secuencia de bits 1 y 0.


Función de un HD- almacenamiento magnético





Un disco duro es un dispositivo que permite el almacenamiento y recuperación de grandes cantidades de información. Los discos duros forman el principal elemento de la memoria secundaria de un ordenador, llamada así en oposición a la memoria principal o memoria RAM (Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio).
Tanto los discos duros como la memoria principal son memorias de trabajo (varían su contenido en una sesión con el ordenador). Sin embargo, presentan importantes diferencias: la memoria principal es volátil (su contenido se borra al apagar el ordenador), muy rápida (ya que se trata de componentes electrónicos) pero de capacidad reducida. La memoria secundaria, en cambio, es no volátil, menos rápida (componentes mecánicos) y de gran capacidad. La memoria principal contiene los datos utilizados en cada momento por el ordenador pero debe recurrir a la memoria secundaria cuando necesite recuperar nuevos datos o almacenar de forma permanente los que hayan variado.

En el mundo del PC hay dos grandes estándares, IDE y SCSI, aunque el primero está mucho más extendido que el segundo, la tecnología SCSI está presente en otras muchas plataformas, como los Mac , sistemas Unix, AS/400, etc.
Los dos estándares han ido sufriendo a lo largo del tiempo distintas implementaciones para intentar seguir el ritmo marcado por otros componentes cada vez más rápidos, como los procesadores.




Fuente




-Estructura y diseño de computadores, Volume 2: Pág. 134
Escrito por David A. Patterson, John L. Hennessy, Ramón Canal Corretger

-Gran libro Hardware: información sobre la totalidad del hardware, de rápido... Pág. 152
Escrito por Klaus Dembowski

-Ampliar configurar y reparar su PC Pág.210
Escrito por Lluis Duran Rodriguez


-NASER INGENIERIA

http://kataix.umag.cl/~ruribe/Utilidades/Discos_Duros.pdf

6 comentarios - Disco Duro(informe)

@Marcos_O
muy buen informe!, a favoritos para despues leerlo
gracias por compartir!
@CHUPERMAN
uhh me acordé de un disco Barracuda que tenia en su tiempo.. jaj a de 10gb SCSI.. hacia un ruido parecia un avión jaja ..
@julian_sel
jaja muy buen post te doy 10..

lastima que ya lo sabia