Discos Duros; concepto, funcionamiento y tipos

Un dispositivo de almacenamiento fundamental en las computadoras es el disco duro, una unidad de hardware destinada a contener datos digitales y contenido. Aunque cada computadora cuenta con un disco duro interno, también existen opciones externas que permiten expandir la capacidad de almacenamiento. A continuación, examinaremos las diversas categorías de discos duros, junto con sus beneficios y limitaciones.

 

Introducción

Es tarea del sistema operativo gestionar la distribución lógica de un disco duro, organizándolo de manera que facilite el acceso a la información almacenada. La mayoría de los sistemas operativos adoptan el concepto de archivo o fichero para representar diversos tipos de datos, como canciones, fotos o programas. Estos archivos se estructuran en carpetas, las cuales tienen la capacidad de contener subcarpetas, formando así una jerarquía.

En cuanto a los sistemas de archivos, algunos de los más comunes son el NTFS o FAT, asociados a entornos Windows, y los ext2, ext3 y ext4 utilizados en el sistema operativo Linux.

La capacidad de almacenamiento constituye la característica más crucial de un disco duro, generalmente medida en Gigabytes o Terabytes. A medida que esta capacidad aumenta, el disco tiene la capacidad de albergar más canciones, películas, fotos, documentos y programas.

Otro aspecto clave a considerar es la velocidad de transferencia, que determina la cantidad de información que el dispositivo puede leer o escribir por segundo. Aunque la velocidad de transferencia parece ser un indicador determinante del rendimiento de un disco, la verdadera importancia recae en la latencia.

La latencia, expresada como un tiempo, representa el intervalo que tarda el disco duro en localizar un dato específico. Idealmente, se busca una latencia lo más baja posible y una velocidad de transferencia lo más elevada posible. Para obtener más detalles sobre estos aspectos, se pueden consultar las especificaciones técnicas del disco duro.

Historia

Después de experimentar con la cinta magnética como medio de almacenamiento de datos, un equipo de IBM liderado por Reynold B. Johnson diseñó la primera unidad de disco duro comercial en 1956.

Este equipo de IBM descubrió que podía almacenar datos en discos metálicos magnetizados, permitiendo la sobreescritura con nueva información. Este descubrimiento llevó a la creación del primer sistema de unidad de disco duro, conocido como RAMAC (Sistema de contabilidad y control con memoria de acceso aleatorio). La unidad original tenía un tamaño aproximado de dos refrigeradores, albergando 50 platos de 24 pulgadas que giraban a 1200 RPM. A pesar de su tamaño, el RAMAC solo tenía una capacidad de almacenamiento de 5 MB, equivalente al tamaño de una sola imagen, y costaba cerca de $10,000 por megabyte.

Los RAMAC inicialmente se alojaban en centros de datos de IBM hasta que, en la década de 1960, IBM introdujo el almacenamiento extraíble. La unidad de almacenamiento en disco IBM 1311 de 1962 alojaba 2.6 MB en seis platos de 14 pulgadas, con un tamaño similar al de un lavaplatos.

Con la aparición de las computadoras de escritorio personales en la década de 1970, IBM desarrolló los primeros disquetes en 1971, los cuales fueron los primeros discos magnéticos portátiles, considerados como los primeros discos duros externos. Los disquetes se convirtieron en el estándar de almacenamiento hasta que los CD y las unidades flash USB ganaron popularidad hacia el final del siglo. En 1972, Memorex lanzó el primer disco duro de lectura/escritura para computadoras personales.

En la década de 1980, diversas empresas se sumaron al desarrollo de unidades de disco duro (HDD). El disco ST-506 de Shugart Technology, lanzado en 1980, se convirtió en la HDD más compacta disponible en ese momento, con un tamaño de 5.25 pulgadas y una capacidad de 5 MB. Simultáneamente, IBM presentó el disco IBM 3380 en 1980, el primer disco duro que ofrecía 1 GB de almacenamiento.

En 1983, Rodime lanzó la RO352, la primera HDD de 3.5 pulgadas, con dos platos y una capacidad de 10 MB. Las HDD de 3.5 pulgadas se convirtieron rápidamente en el estándar para las computadoras de escritorio y aún se utilizan en la actualidad (mientras que las HDD de las computadoras portátiles suelen tener un tamaño de 2.5 pulgadas).

A lo largo de la década de 1980, empezaron a surgir las unidades de disco duro externas que conocemos hoy en día. A medida que el tamaño físico de los discos se reducía, su capacidad aumentaba gradualmente.

Tipos de disco duro

Existen varios tipos de discos duros, cada uno con características específicas que los hacen adecuados para diferentes usos. Aquí tienes información sobre algunos de los tipos más comunes:

• Disco Duro HDD (Hard Disk Drive):

Descripción: Utiliza discos magnéticos que giran a alta velocidad para almacenar datos.

Características: Más económicos en comparación con otros tipos, Mayor capacidad de almacenamiento en comparación con SSD en la misma gama de precios y Son más susceptibles a daños por golpes debido a partes mecánicas móviles.

• Disco Duro SSD (Solid State Drive):

Descripción: Utiliza memoria flash para almacenar datos, eliminando la necesidad de partes mecánicas móviles.

Características: Mayor velocidad de lectura/escritura en comparación con HDD, Menor consumo de energía y generación de calor y Más resistente a golpes y caídas debido a la falta de partes móviles.

• Disco Híbrido SSHD (Solid State Hybrid Drive):

Descripción: Combina la tecnología de discos duros tradicionales (HDD) con una pequeña cantidad de almacenamiento SSD.

Características: Ofrece un equilibrio entre capacidad de almacenamiento y velocidad.Utiliza el SSD para almacenar  datos frecuentemente accedidos, mejorando el rendimiento en comparación con HDD puro.

• Disco Duro Externo:

Descripción: Puede ser HDD, SSD o SSHD, pero está contenido en una carcasa externa para conectarse a través de puertos USB o Thunderbolt.

Características: Portátil y fácil de transportar. Aumenta la capacidad de almacenamiento de dispositivos como computadoras portátiles.

• Disco Duro M.2:

Descripción: Es un tipo de SSD que se conecta directamente a la placa base.

Características: Compacto y ocupa menos espacio en comparación con los SSD tradicionales conectados por cables. Ofrece altas velocidades de transferencia de datos.

• Disco Duro SAS (Serial Attached SCSI):

Descripción: Similar a un HDD tradicional pero utiliza una interfaz SAS para conexión.

Características: Utilizado en entornos empresariales debido a su rendimiento y confiabilidad. Diseñado para aplicaciones que requieren un alto rendimiento y un gran número de accesos concurrentes.

• Disco Duro de Estado Sólido PCIe:

Descripción: Similar a un disco M.2, pero se conecta a través de una ranura PCIe.

Características: Ofrece velocidades de transferencia de datos más rápidas que los discos M.2 conectados a través de SATA.

La elección entre estos tipos de discos duros depende de tus necesidades específicas, considerando factores como velocidad, capacidad, portabilidad y presupuesto.

¿Qué función cumple un disco duro?

En términos sencillos, un disco duro cumple la función de almacenar datos en una computadora. Este almacenamiento abarca desde tus fotos, videos, música, documentos y aplicaciones hasta el código esencial del sistema operativo, los marcos y los controladores de tu computadora. La capacidad de un disco duro se mide en unidades como megabytes (MB), gigabytes (GB) y terabytes (TB).

Es importante destacar la diferencia con la RAM (memoria de acceso aleatorio), que constituye un tipo de almacenamiento temporal en la computadora y requiere electricidad para retener datos, haciéndola volátil, es decir, solo conserva datos cuando la computadora está encendida. La RAM se utiliza exclusivamente para datos informáticos y no para almacenar información personal. La computadora necesita esta memoria para operar de manera fluida, permitiéndote cambiar entre tareas o aplicaciones sin perder el progreso. La RAM se clasifica como almacenamiento primario, mientras que los discos duros (HDD) y las unidades de estado sólido (SSD) pertenecen al grupo de almacenamiento secundario.

En resumen, el disco duro se presenta como un dispositivo de almacenamiento esencial para preservar tus archivos y datos a largo plazo. Cada vez que guardas un archivo en la computadora, lo estás almacenando en su disco duro, que funciona como un archivador digital para tus datos.

¿cómo funciona un disco duro?

Un disco duro (HDD, por sus siglas en inglés, Hard Disk Drive) funciona mediante principios de almacenamiento magnético y tecnología mecánica. Aquí te explico los pasos básicos de cómo opera un disco duro:

• Platos Magnéticos:

Un disco duro consiste en discos apilados, hechos de materiales magnéticos, llamados platos.

Estos platos giran a altas velocidades (generalmente a 5400 o 7200 revoluciones por minuto) gracias a un motor que los impulsa.

• Cabezas de Lectura/Escritura:

Cada plato tiene dos caras magnéticas y se leen/leen datos desde/en estas superficies magnéticas.

Sobre cada cara del plato hay una cabeza de lectura/escritura. Estas cabezas flotan sobre una capa de aire generada por el giro de los platos, y están ubicadas en un brazo que se mueve hacia el centro o el borde del disco para acceder a diferentes ubicaciones.

• Escritura de Datos:

Cuando se guarda información en el disco duro, la cabeza de escritura modifica la orientación magnética de pequeñas áreas en la superficie del plato. Estas áreas representan bits de datos.

La orientación magnética alterada permanece en el plato incluso cuando este deja de girar, lo que permite que los datos se conserven a largo plazo.

• Lectura de Datos:

Cuando se accede a la información, la cabeza de lectura detecta las orientaciones magnéticas en la superficie del plato.

La información se traduce en datos legibles para la computadora.

• Organización Lógica:

El sistema operativo organiza y gestiona la información en el disco mediante un sistema de archivos. Los archivos se almacenan en sectores, que son unidades de almacenamiento más pequeñas en los platos.

• Controlador y Conexión con la Placa Base:

Un controlador en el disco duro maneja la comunicación entre la unidad y la placa base de la computadora.

El disco duro se conecta a la placa base a través de cables (generalmente SATA) que permiten la transferencia de datos y la alimentación eléctrica.

En resumen, un disco duro utiliza principios magnéticos para escribir y leer datos en discos giratorios. La velocidad y precisión del posicionamiento de las cabezas de lectura/escritura son esenciales para un rendimiento eficiente. Aunque los discos duros son componentes comunes en muchas computadoras, la tecnología de unidades de estado sólido (SSD) ha ganado popularidad debido a su velocidad superior y la ausencia de partes móviles mecánicas.

Almacenamiento en la Nube

La introducción del almacenamiento en la nube ha planteado una respuesta a las restricciones y los peligros asociados con los discos duros, proporcionando una opción de almacenamiento de datos más segura y accesible. Al guardar un archivo en la nube, se almacena en línea, liberando espacio en el dispositivo. Con diversas plataformas, es posible obtener una cantidad significativa de almacenamiento en una cuenta personal para diversos tipos de archivos. Elimina la necesidad de adquirir constantemente discos duros externos adicionales al llenarse, permitiendo una expansión continua del almacenamiento en la nube sin ocupar espacio físico.

A diferencia de la complicación de buscar archivos en distintos discos duros externos, el almacenamiento en la nube centraliza todo en un único lugar accesible desde cualquier dispositivo con conexión a Internet. Además, a diferencia de los discos duros externos que se conectan a través de USB y tienen limitaciones de compatibilidad, el almacenamiento en la nube es accesible no solo en computadoras, sino también en tablets y teléfonos inteligentes.

Transferir contenido almacenado en unidades externas a la nube se facilita mediante la copia de seguridad de unidades externas, permitiendo el acceso sobre la marcha. La infraestructura de servidores global utilizada por diversas plataformas de almacenamiento en la nube, como Dropbox y Google Drive, garantizan la seguridad digital, eliminando la posibilidad de accidentes que podrían dañar los archivos, a diferencia de los riesgos asociados con los discos duros externos convencionales. En resumen, el almacenamiento en la nube, con sus características de accesibilidad, seguridad y flexibilidad, se presenta como una alternativa eficaz y conveniente a los discos duros externos tradicionales.

Estructura física

Dentro del disco duro, se encuentran uno o varios discos, hechos de aluminio o cristal, dispuestos de manera concéntrica y conocidos como platos. Normalmente, hay entre 2 y 4 platos, aunque según el modelo, pueden llegar a ser hasta 6 o 7. Estos platos giran simultáneamente sobre un mismo eje al que están conectados.

El cabezal, que es el dispositivo encargado de la lectura y escritura, consta de un conjunto de brazos alineados verticalmente y paralelos a los platos. Estos brazos se desplazan simultáneamente, y en sus extremos se encuentran las cabezas de lectura/escritura. Por lo general, hay una cabeza de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales tienen la capacidad de desplazarse hacia el interior o el exterior de los platos, y esta movilidad combinada con la rotación de los platos les permite posicionarse en cualquier parte de la superficie de los mismos.

Cada plato está equipado con dos "ojos", y se requiere una cabeza de lectura/escritura para cada cara del plato. En el esquema Cilindro-Cabeza-Sector, se observan inicialmente 4 brazos, uno para cada plato. Sin embargo, en realidad, cada uno de estos brazos es doble, conteniendo dos cabezas: una para la cara superior y otra para la cara inferior del plato. Por lo tanto, existen ocho cabezas para leer cuatro platos.

Aunque, por razones comerciales, no siempre se utilizan todas las caras de los discos, y algunos discos duros pueden tener un número impar de cabezas o cabezas desactivadas. Es importante destacar que las cabezas de lectura/escritura no entran en contacto directo con el disco; en su lugar, se mueven muy cerca, hasta aproximadamente 3 nanómetros, gracias a una fina película de aire que se forma entre los cabezales y los platos durante la rotación de los discos.

Algunos discos incorporan un sistema que evita que las cabezas pasen sobre los platos hasta alcanzar una velocidad de giro que asegure la formación de esta película. Si alguna de las cabezas llegara a tocar la superficie de un plato, causaría daños significativos, rayándolo severamente debido a la alta velocidad de rotación de los platos (un disco de 7200 revoluciones por minuto se desplaza a 129 km/h en el borde de un disco de 3,5 pulgadas).

Mantenimiento y cuidados

Para preservar la integridad y el rendimiento de los discos duros, es esencial seguir cuidadosamente las siguientes recomendaciones y precauciones:

• No remover la etiqueta ligeramente plateada en los lados y/o en ocasiones en la parte frontal. Este simple acto puede permitir la entrada de polvo, lo cual, además de rayar el disco, puede contener electricidad estática capaz de desplazar datos y ocasionar daños.

• Evitar cubrir los pequeños agujeros. Estos sirven como filtros de aire y contribuyen a prevenir el sobrecalentamiento del disco duro. Taparlos puede comprometer la eficiente refrigeración del dispositivo.

• Realizar copias de seguridad periódicas. Guardar información importante en discos DVD, BD, memorias USB o dispositivos de almacenamiento externo es crucial. Eventos como apagones, agotamiento de batería o ataques de malware pueden causar daños al disco o la pérdida de datos. No depender exclusivamente de servicios de alojamiento de archivos es clave, ya que estos pueden sufrir fallas, ser clausurados, pirateados o sometidos a cambios que resulten en la pérdida o bloqueo de archivos.

• Crear al menos dos particiones. Separar el sistema operativo y los programas de los datos del usuario facilita la copia de seguridad y la restauración. Esto permite retroceder o reinstalar el sistema operativo sin perder los datos personales en el proceso.

• Optimizar el disco duro regularmente. Utilizar la herramienta incluida en el sistema operativo o programas de terceros para desfragmentar el disco ayuda a reducir el desgaste, mejorar la recuperación en caso de problemas y mantener una velocidad de respuesta óptima. Se recomienda realizar esta optimización cada dos semanas o mensualmente según el nivel de uso.

• Vigilar la condición del disco duro mediante la lectura de datos S.M.A.R.T.. Utilizar programas especializados que monitoreen los sensores del disco para detectar posibles problemas. Si indica un riesgo inminente, copiar la información vital y reemplazar el disco duro lo más pronto posible para prevenir pérdidas de datos.

• Evitar golpes físicos durante el funcionamiento del disco duro. Impactos pueden dañar los circuitos, cabezales y discos, comprometiendo su integridad y funcionamiento.

• Realizar comprobaciones periódicas del disco duro. Analizar el disco con herramientas de verificación ante problemas de confiabilidad, lentitud anormal o archivos dañados. Se recomienda realizar revisiones rutinarias cada cierto periodo para identificar y corregir errores menores antes de que se agraven.