Disco duro

HISTORIA

Al principio los discos duros eran extraíbles, sin embargo, hoy en día típicamente vienen todos sellados (a excepción de un hueco de ventilación para filtrar e igualar la presión del aire).

El primer disco duro, aparecido en 1956, fue el Ramac I, presentado con la computadora IBM 350: pesaba una tonelada y su capacidad era de 5 MB. Más grande que una nevera actual, este disco duro trabajaba todavía con válvulas de vacío y requería una consola separada para su manejo.

Su gran mérito consistía en el que el tiempo requerido para el acceso era relativamente constante entre algunas posiciones de memoria, a diferencia de las cintas magnéticas, donde para encontrar una información dada, era necesario enrollar y desenrollar los carretes hasta encontrar el dato buscado, teniendo muy diferentes tiempos de acceso para cada posición.

La tecnología inicial aplicada a los discos duros era relativamente simple. Consistía en recubrir con material magnético un disco de metal que era formateado en pistas concéntricas, que luego eran divididas en sectores. El cabezal magnético codificaba información al magnetizar diminutas secciones del disco duro, empleando un código binario de «ceros» y «unos». Los bits o dígitos binarios así grabados pueden permanecer intactos años. Originalmente, cada bit tenía una disposición horizontal en la superficie magnética del disco, pero luego se descubrió cómo registrar la información de una manera más compacta.

El mérito del francés Albert Fert y al alemán Peter Grünberg (ambos premio Nobel de Física por sus contribuciones en el campo del almacenamiento magnético) fue el descubrimiento del fenómeno conocido como magnetor resistencia gigante, que permitió construir cabezales de lectura y grabación más sensibles, y compactar más los bits en la superficie del disco duro. De estos descubrimientos, realizados en forma independiente por estos investigadores, se desprendió un crecimiento espectacular en la capacidad de almacenamiento en los discos duros, que se elevó un 60% anual en la década de 1990.

En 1992, los discos duros de 3,5 pulgadas alojaban 250 Megabytes, mientras que 10 años después habían superado 40 Gigabytes (40000 Megabytes). En la actualidad, ya contamos en el uso cotidiano con discos duros de más de 3 terabytes (TB), (3000000 Megabytes)

En 2005 los primeros teléfonos móviles que incluían discos duros fueron presentados por Samsung y Nokia, aunque no tuvieron mucho éxito ya que las memorias flash los acabaron desplazando, sobre todo por asuntos de fragilidad y superioridad.

El inicio

Los inicios de las unidades de almacenamiento de datos, comenzaron con las tarjetas perforadas, unidades por cierto pocas cómodas, ya que había que recordar el orden de las mismas, (ya que si este se perdía no había forma de recuperar el programa) estas tarjetas se insertaban en una máquina de procesamiento de manera secuencial, donde quedaba alojado en la memoria y listo para ser probado. La forma de lectura era semejante al sistema de lectura braile, la computadora leía por agujeros en las tarjetas. Vale destacar que en ocasiones u dependiendo de la complejidad del programa podía ocupar cerca de 200 tarjetas que había que colocar una por una dentro de la máquina, y al apagar la máquina todos esos datos se perdían.

Discos magnéticos rígidos

Estos discos fueron los inicios de los disco duros, la idea era construir unas unidades en las que los datos permanecieran permanentemente en la computadora sin perderse cuando la misma se apagara, además de poder movilizar los datos de manera más rápida, por otro lado también quería eliminarse los costos de los grandes carretes y de cinta que ocasionaba tener los dispositivos magnéticos. Efectivamente se logra crear estas unidades pero las cintas no estaban del todo eliminadas, así que se ven en la necesidad nuevamente de innovar, creando así los discos magnéticos removibles, conocidos como Diskettes, inicialmente se crearon de tamaño 5 ¼" que en su momento fue maravilloso poder contar con un avance tan pequeño, donde pudiese almacenarse tanta información como lo eran cerca de 500Kb inicialmente.

Pero, la tecnología existente en cuanto al resto de la computadora se quedó muy pequeña al lado de la creación de estos grandes dispositivos de almacenamiento y se comienza a desarrollar todos los demás dispositivos que conforman al computador, como lo son:

a. CPU

b. Tarjeta Madre

c. Memoria RAM (mayor capacidad), entre otras.

A raíz de esto todas las empresas diseñadoras de estos equipos comienzan a utilizar la técnica de Miniaturización, cuya creación se les atribuye a los asiáticos; Para poder hacer computadoras personales, ya que hasta el momento solo se les daba uso en grandes empresas.

Discos duros

Pese a que la evolución de los discos duros está inmersa con la creación de los dispositivos magnéticos de almacenamiento, es preferible considerarlo en un punto aparte ya que su estructura compleja amerita utilizar un espacio reservado para él.

Siempre han tenido el mismo principio de desarrollo, que consiste en que 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).

Caracteristicas de un disco duro

Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son:

Tiempo medio de acceso: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), Tiempo de lectura/escritura y la Latencia media (situarse en el sector).

Tiempo medio de búsqueda: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco.

Tiempo de lectura/escritura: Tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información: Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista.

Latencia media: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco.

Velocidad de rotación: Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media.

Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico.

Los cilindros

Se dividen en sectores, cuyo número está 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 número 0 de cada cilindro se reserva para propósitos de identificación más 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.

Evolución del disco duro

Ahora bien, ya que sabemos cómo está formado, debemos saber que su evolución ha sido muy interesante porque los discos duros han comenzado con capacidades cercanas a 5 MB y su velocidad era muy corta, luego evolucionaron por primera vez a 20 MB y así progresivamente y manteniendo el mismo principio, los discos duros han logrado montarse hoy en día gracias a HITACHI en los 400 GB para computadoras personales, pese a que tiene esta enorme capacidad, el disco solo puede procesar a 7200 RPM ya que de otra manera las tarjetas madres y procesadores existentes hasta ahora no serían capaz de procesar mayores velocidades.

Unidades del disco duro

Resulta interesante estudiar los sistemas de archivos, el espacio en el disco duro está dividido en pequeñas unidades llamadas sectores, cada uno de 512 bytes. Así, por ejemplo, si el disco duro tiene 100 KB en total, esto significa que está dividido en 200 sectores. Pero el sistema de archivos no trata directamente con cada uno de los sectores. En vez de eso, agrupa los sectores para formar un clúster, trabajando directamente con ellos.

Los clúster

Son también llamados "unidades de asignación". Por ejemplo, en el mismo disco citado, si tuviéramos clúster formados con cuatro sectores, tendríamos un total de 50.

Así, cuando el sistema de archivos necesita acceder a un sector en particular, primero debe encontrar el clúster al que pertenece, y dentro de él buscar al mismo. Todos los tres sistemas de archivos más populares (FAT16, FAT32 y NTFS) trabajan de esta manera.

a. Fat16

Usa 16 bits para contar los clústeres. Es decir lo máximo que puede contar es hasta 2^16 - 1, es decir, hasta 65535. Es decir, lo máximo que puede caber son 65535 clústeres. Por eso, a medida que aumenta el tamaño de tu disco duro, aumentará también el tamaño de los clústeres, ya que el número máximo es el citado. También cada sector dentro de un grupo (clúster) debe ser numerado. Cada sector tiene un número de índice que está en un bite (es decir, 8 bits). Pero se utilizan solamente siete de estos bits, por lo tanto, el número máximo de sectores en cada clúster es de 128.

b. Fat32

Consiste bajo el mismo principio de la FAT16, que a su vez tiene el principio de las FAT que no es otro que una gran base de datos que contiene los registros de en dónde se encuentran cada uno de los archivos en el disco. Es como una tabla con muchas columnas cada una de las cuales guarda algo acerca de los archivos en el disco.

Cada registro en la FAT tiene un tamaño de 32 bytes. En otras palabras, si tengo 100 archivos en la computadora, 100 x 32bytes, es decir 3200 bytes del disco guardarán información de estos archivos en la FAT. Entonces es el mismo principio sólo que aplicado a 32 bits. Se puede notar que FAT32 es superior a FAT16. Pero la FAT32 no es soportada por todos los sistemas operativos. Solo fue soportada desde la versión 2 del Windows 95. Y todas las versiones anteriores de Windows NT (inclusive la versión 4.0) no pueden leer este sistema.

c. NTFS

Trabaja casi igual al FAT32 solo que tiene más directivas de seguridad tanto para usuarios como para los sistemas basados en win9x, ejemplo de ello es que el sistema NTFS hace tres pasadas antes de re arrancar. Primero, hace un análisis que determina exactamente cuáles clústeres deben ser actualizados por la información que hay en el archivo de eventos.

 Los primeros discos duros

Los discos duros que marcaron un hito en la evolución de estos dispositivos

Los discos duros de nuestros equipos no siempre fueron tal y como los conocemos ahora, pero a partir del IBM 1301, su mecanismo es básicamente el mismo, cambiando su capacidad, tamaño y velocidad de lectura/escritura. Aquí pongo una breve galería de discos duros "históricos", escogido por lo que evolución supusieron en su día.

El primer disco duro de la historia de la informática fue el IBM 350 RAMAC, presentado en 1956. RAMAC es el acrónimo de Random Access Method of Accounting and Control. Tenía una capacidad de aproximadamente 5 MBytes, repartidos en 50 discos de 24 pulgadas, lo que hace un total de 100 superficies y 100 pistas por superficie. Constaba de dos brazos con un movimiento de arriba hacia abajo, lo que permitía seleccionar el disco a leer y un movimiento de adentro hacia afuera, lo que permitía moverse a la pista que se quería leer.

 Este es el modelo IBM 1301, presentado en 1961. Consta de módulos de 20 discos y 40 superficies (había un modelo de un módulo y otro de dos, en concreto los de las imágenes son de dos, lo que hace 40 discos y 80 superficies), con 250 pistas por superficie y tenía una capacidad de unos 24 Mbyte. Basados en su mecanismo se construyen los discos duros a partir de entonces, incluso los actuales. La novedad con respecto al IBM 350 RAMAC es la supresión de la necesidad de realizar movimientos arriba y abajo para acceder a los diferentes discos, dado que lo que hace es tener una cabeza lectora por cada una de las caras a leer, y por tanto sólo tiene que realizar movimientos para seleccionar las pistas; es más esto provoca una ventaja añadida y es que la cabeza estará en alguna parte de la superficie, lo que hace los accesos mucho más rápidos que los modelos anteriores, en los que siempre partía del borde de la superficie.

El siguiente paso en la evolución de los discos duros fue la época de las "lavadoras", llamadas coloquialmente así por su apariencia y tamaño (parecían lavadoras de carga superior). Se caracterizaban por usar lo que se llamó disk packs, que eran las mismas torres de discos que hasta entonces, pero extraíbles, con lo que se podían almacenar los Disk Packs y usar en cada momento el necesario. Fue muy útil para laboratorios y medianas empresas. El primer modelo fue el IBM 1311, lanzado en 1962. Cada disk pack medía 4 pulgadas de alto, pesaba 4'5 kg y estaba compuesto de 6 discos de 14 pulgadas, con 10 superficies (las 2 superficies exteriores no eran utilizadas) y tenía una capacidad de casi 2 MBytes. A la izquierda vemos un par de IBM 1311, un detalle en el centro y unos disk packs almacenados en la derecha.

 Esta es una más clara muestra de porqué se les llama lavadoras a las unidades de disco duro que utilizan disk packs. Esta es en concreto la unidad HP 7925 (abajo a la derecha una imagen de la unidad HP 7925 cerca de un HP2000 Series II) que utiliza disk packs HP 13356A de 120Mb, compuestos de 5 discos (9 cabezas y un servo). ¡¡Más parece Balay que HP.

 Presentado en 1980, pero con problemas técnicos que impidieron su verdadero lanzamiento hasta 1981, el IBM 3380 fue el primer disco duro con una capacidad que ya se medía en Gigabytes en concreto 2'52 GBytes, lo que suponía cuatro veces más que los anteriores dispositivos. Para poder crecer en la capacidad, los disk pack se podían poner en cadena; una cadena de 3380s podía almacenar unos 9'3 GBytes y cada unidad de control IBM 3880 Storage Control podía manejar hasta dos cadenas de cuatro 3380s.

Dispositivos Extraíbles

Pen Drive o Memory Flash: Es un pequeño dispositivo de almacenamiento que utiliza la memoria flash para guardar la información sin necesidad de pilas. Los Pen Drive son resistentes a los rasguños y al polvo que han afectado a las formas previas de almacenamiento portable, como los CD y los disquetes. Los sistemas operativos más modernos pueden leer y escribir en ello sin necesidad de controladores especiales. En los equipos antiguos (como por ejemplo los equipados con Windows 98) se necesita instalar un controlador de dispositivo.

Unidades de Zip: La unidad Iomega ZIP es una unidad de disco extraíble. Está disponible en tres versiones principales, la hay con interfaz SCSI, IDE, y otra que se conecta a un puerto paralelo. Este documento describe cómo usar el ZIP con Linux. Se debería leer en conjunción con el HOWTO SCSI a menos que posea la versión IDE.