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El principio de grabar datos en un disco duro. ¿Cómo funciona el disco duro de una computadora? ¿Cómo funciona el disco duro de una computadora?

Una unidad de disco magnético duro (HDD) \ HDD (unidad de disco duro) \ disco duro (medio) es un objeto material capaz de almacenar información.

Los dispositivos de almacenamiento de información se pueden clasificar según los siguientes criterios:

método de almacenamiento de información: magnetoeléctrico, óptico, magnetoóptico;
tipo de medio de almacenamiento: unidades de disquete y discos magnéticos duros, discos ópticos y magnetoópticos, cintas magnéticas, elementos de memoria de estado sólido;
el método de organización del acceso a la información: unidades de acceso directo, secuencial y en bloque;
tipo de dispositivo de almacenamiento de información: integrado (interno), externo, independiente, móvil (portátil), etc.

Una parte importante de los dispositivos de almacenamiento de información que se utilizan actualmente se basan en soportes magnéticos.

Dispositivo de disco duro

El disco duro contiene un conjunto de placas, que suelen ser discos metálicos, recubiertas con un material magnético: un plato (óxido de ferrita gamma, ferrita de bario, óxido de cromo...) y conectadas entre sí mediante un husillo (eje).
Los propios discos (de aproximadamente 2 mm de espesor) están hechos de aluminio, latón, cerámica o vidrio. (ver foto)

Ambas superficies de los discos se utilizan para grabar. Usado 4-9 platos. El eje gira a una velocidad alta y constante (3600-7200 rpm)
La rotación de los discos y el movimiento radical de las cabezas se realiza mediante 2 motores electricos.
Los datos se escriben o leen usando cabezas de escritura/lectura uno para cada superficie del disco. El número de cabezales es igual al número de superficies de trabajo de todos los discos.

La información se escribe en el disco en lugares estrictamente definidos: concéntricos. pistas (pistas) . Las pistas se dividen en sectores. Un sector contiene 512 bytes de información.

El intercambio de datos entre RAM y NMD se realiza de forma secuencial mediante un número entero (clúster). Grupo- cadenas de sectores consecutivos (1,2,3,4,...)

Especial motor utilizando un soporte, coloca el cabezal de lectura/escritura sobre una pista determinada (lo mueve en dirección radial).
Cuando se gira el disco, el cabezal se ubica sobre el sector deseado. Obviamente, todos los cabezales se mueven simultáneamente y leen información; los cabezales de datos se mueven simultáneamente y leen información de pistas idénticas en diferentes unidades.

Las pistas del disco duro con el mismo número de serie en diferentes discos duros se denominan cilindro .
Los cabezales de lectura y escritura se mueven a lo largo de la superficie del plato. Cuanto más cerca esté el cabezal de la superficie del disco sin tocarlo, mayor será la densidad de grabación permitida.

Dispositivo de disco duro

Principio magnético de lectura y escritura de información.

Principio de grabación de información magnética.

Los fundamentos físicos de los procesos de grabación y reproducción de información en medios magnéticos se sientan en los trabajos de los físicos M. Faraday (1791 - 1867) y D. C. Maxwell (1831 - 1879).

En los medios de almacenamiento magnéticos, la grabación digital se realiza en material magnéticamente sensible. Dichos materiales incluyen algunos tipos de óxidos de hierro, níquel, cobalto y sus compuestos, aleaciones, así como magnetoplastos y magnetoelastas con plásticos viscosos y caucho, materiales magnéticos en micropolvo.

El recubrimiento magnético tiene un espesor de varios micrómetros. El recubrimiento se aplica sobre una base no magnética, que está hecha de plásticos para cintas magnéticas y disquetes, y aleaciones de aluminio y materiales de sustrato compuestos para discos duros. El recubrimiento magnético del disco tiene una estructura de dominio, es decir. consta de muchas partículas diminutas magnetizadas.

Dominio magnético (del latín dominium - posesión) es una región microscópica, uniformemente magnetizada en muestras ferromagnéticas, separada de las regiones vecinas por finas capas de transición (límites de dominio).

Bajo la influencia de un campo magnético externo, los campos magnéticos propios de los dominios se orientan según la dirección de las líneas del campo magnético. Una vez que cesa la influencia del campo externo, se forman zonas de magnetización residual en la superficie del dominio. Gracias a esta propiedad, la información se almacena en un medio magnético en presencia de un campo magnético.

Al registrar información, se crea un campo magnético externo utilizando un cabezal magnético. En el proceso de lectura de información, las zonas de magnetización residual ubicadas frente al cabezal magnético inducen una fuerza electromotriz (EMF) en él durante la lectura.

El esquema para escribir y leer desde un disco magnético se muestra en la Fig. 3.1. Un cambio en la dirección de la EMF durante un cierto período de tiempo se identifica con una unidad binaria y la ausencia de este cambio se identifica con cero. El período de tiempo especificado se llama elemento de bit.

La superficie de un medio magnético se considera como una secuencia de posiciones de puntos, cada una de las cuales está asociada con un bit de información. Dado que la ubicación de estas posiciones no se determina con precisión, la grabación requiere marcas aplicadas previamente para ayudar a localizar las posiciones de grabación requeridas. Para aplicar dichas marcas de sincronización, el disco debe dividirse en pistas.
y sectores - formateo

Organizar el acceso rápido a la información en el disco es una etapa importante en el almacenamiento de datos. El acceso rápido a cualquier parte de la superficie del disco se garantiza, en primer lugar, dándole una rotación rápida y, en segundo lugar, moviendo el cabezal magnético de lectura/escritura a lo largo del radio del disco.
Un disquete gira a una velocidad de 300 a 360 rpm y un disco duro gira a 3600 a 7200 rpm.

Dispositivo lógico del disco duro

El disco magnético no está inicialmente listo para su uso. Para ponerlo en condiciones de funcionamiento debe ser formateado, es decir. Se debe crear la estructura del disco.

La estructura (diseño) del disco se crea durante el proceso de formateo.

Formato Los discos magnéticos incluyen 2 etapas:

formato físico (nivel bajo)
lógico (alto nivel).

Al formatear físicamente, la superficie de trabajo del disco se divide en áreas separadas llamadas sectores, que se encuentran a lo largo de círculos concéntricos: caminos.

Además, los sectores que no son aptos para registrar datos se determinan y marcan como malo para evitar su uso. Cada sector es la unidad más pequeña de datos en un disco y tiene su propia dirección para permitir el acceso directo a él. La dirección del sector incluye el número de cara del disco, el número de pista y el número de sector de la pista. Se establecen los parámetros físicos del disco.

Como regla general, el usuario no necesita lidiar con el formateo físico, ya que en la mayoría de los casos los discos duros llegan formateados. En general, esto debe ser manejado por un centro de servicio especializado.

Formateo de bajo nivel debe realizarse en los siguientes casos:

si hay una falla en la pista cero, lo que causa problemas al arrancar desde un disco duro, pero se puede acceder al disco en sí al arrancar desde un disquete;
si está devolviendo un disco antiguo a sus condiciones de funcionamiento, por ejemplo, reorganizado desde una computadora rota.
si el disco está formateado para funcionar con otro sistema operativo;
si el disco ha dejado de funcionar normalmente y todos los métodos de recuperación no han dado resultados positivos.

Tenga en cuenta que el formato físico es una operación muy poderosa— ¡Cuando se ejecute, los datos almacenados en el disco se borrarán por completo y será completamente imposible restaurarlos! Por lo tanto, no continúe con el formateo de bajo nivel a menos que esté seguro de haber almacenado todos los datos importantes fuera del disco duro.

Después de realizar el formateo de bajo nivel, el siguiente paso es crear una partición del disco duro en uno o más unidades lógicas - la mejor manera de lidiar con el desorden de directorios y archivos dispersos por el disco.

Sin agregar ningún elemento de hardware a su sistema, tiene la oportunidad de trabajar con varias partes de un disco duro, como varias unidades.
Esto no aumenta la capacidad del disco, pero su organización se puede mejorar significativamente. Además, se pueden utilizar diferentes unidades lógicas para diferentes sistemas operativos.

En formato lógico Los medios finalmente están preparados para el almacenamiento de datos mediante la organización lógica del espacio en disco.
El disco está preparado para escribir archivos en sectores creados mediante formateo de bajo nivel.
Después de crear la tabla de particiones del disco, sigue la siguiente etapa: el formateo lógico de partes individuales de la partición, en lo sucesivo denominadas discos lógicos.

Unidad lógica - Esta es una zona del disco duro que funciona de la misma forma que un disco independiente.

El formateo lógico es un proceso mucho más simple que el formateo de bajo nivel.
Para ejecutarlo, inicie desde el disquete que contiene la utilidad FORMAT.
Si tiene varias unidades lógicas, formatéelas todas una por una.

Durante el proceso de formateo lógico, el disco se asigna área del sistema, que consta de 3 partes:

sector de arranque y tabla de particiones (registro de arranque)
Tablas de asignación de archivos (FAT), en el que se registran los números de pistas y sectores que almacenan archivos
directorio raíz (directorio raíz).

La información se registra en partes a través del clúster. No puede haber 2 archivos diferentes en el mismo clúster.
Además, en esta etapa se le puede dar un nombre al disco.

Un disco duro se puede dividir en varias unidades lógicas y, a la inversa, se pueden combinar 2 discos duros en una unidad lógica.

Se recomienda crear al menos dos particiones (dos unidades lógicas) en su disco duro: una de ellas está asignada para el sistema operativo y el software, la segunda unidad está asignada exclusivamente para los datos del usuario. De esta manera, los datos y los archivos del sistema se almacenan por separado y, en caso de una falla del sistema operativo, existe una probabilidad mucho mayor de que se guarden los datos del usuario.

Características de los discos duros

Los discos duros (discos duros) se diferencian entre sí por las siguientes características:

capacidad
rendimiento: tiempo de acceso a los datos, velocidad de lectura y escritura de información.
interfaz (método de conexión): el tipo de controlador al que se debe conectar el disco duro (normalmente IDE/EIDE y varias opciones SCSI).
otras características

1. Capacidad— la cantidad de información que cabe en el disco (determinada por el nivel de tecnología de fabricación).
Hoy la capacidad es de 500 -2000 o más GB. Nunca es posible tener suficiente espacio en el disco duro.

2. Velocidad de operación (rendimiento) El disco se caracteriza por dos indicadores: tiempo de acceso al disco Y velocidad de lectura/escritura del disco.

Tiempo de acceso – el tiempo necesario para mover (posicionar) los cabezales de lectura/escritura en la pista y el sector deseados.
El tiempo de acceso promedio típico entre dos pistas seleccionadas al azar es de aproximadamente 8 a 12 ms (milisegundos), los discos más rápidos tienen un tiempo de 5 a 7 ms.
El tiempo de transición a la vía adyacente (cilindro adyacente) es inferior a 0,5 - 1,5 ms. También lleva tiempo dirigirse al sector deseado.
El tiempo total de rotación del disco de los discos duros actuales es de 8 a 16 ms, el tiempo de espera promedio del sector es de 3 a 8 ms.
Cuanto más corto sea el tiempo de acceso, más rápido funcionará el disco.

Velocidad de lectura/escritura(ancho de banda de entrada/salida) o tasa de transferencia de datos (transfer)– el tiempo de transferencia de datos secuenciales depende no sólo del disco, sino también de su controlador, tipos de bus y velocidad del procesador. La velocidad de los discos lentos es de 1,5-3 MB/s, de los rápidos de 4-5 MB/s y de los más modernos de 20 MB/s.
Los discos duros con interfaz SCSI admiten una velocidad de rotación de 10.000 rpm. y tiempo medio de búsqueda 5 ms, velocidad de transferencia de datos 40-80 Mb/s.

3.Estándar de interfaz de disco duro - es decir. el tipo de controlador al que se debe conectar el disco duro. Está ubicado en la placa base.
Hay tres interfaces de conexión principales.

IDE y sus diversas variantes

Accesorio de tecnología avanzada IDE (disco electrónico integrado) o (ATA)
Ventajas: simplicidad y bajo costo.

Velocidad de transferencia: 8,3, 16,7, 33,3, 66,6, 100 Mb/s. A medida que se desarrollan los datos, la interfaz permite ampliar la lista de dispositivos: disco duro, superdisquete, magnetoóptico,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Se introducen algunos elementos de paralelización (conexión y desconexión/reconexión) y monitoreo de la integridad de los datos durante la transmisión. La principal desventaja del IDE es la pequeña cantidad de dispositivos conectados (no más de 4), que claramente no es suficiente para una PC de alta gama.
Hoy en día, las interfaces IDE han cambiado a nuevos protocolos de intercambio Ultra ATA. Aumentando significativamente su rendimiento
Modo 4 y DMA (Acceso Directo a Memoria) El Modo 2 permite la transferencia de datos a una velocidad de 16,6 MB/s, pero la velocidad de transferencia de datos real sería mucho menor.
Estándares Ultra DMA/33 y Ultra DMA/66, desarrollados en febrero de 1998. de Quantum tienen 3 modos de funcionamiento 0,1,2 y 4, respectivamente, en el segundo modo el transportista admite
velocidad de transferencia 33Mb/s. (Ultra DMA/33 Modo 2) Para garantizar una velocidad tan alta, solo se puede lograr al intercambiar con el búfer de la unidad. Para poder aprovechar
Los estándares Ultra DMA requieren que se cumplan 2 condiciones:

1. soporte de hardware en la placa base (chipset) y en la propia unidad.

2. para admitir el modo Ultra DMA, como otros DMA (acceso directo a memoria).

Requiere un controlador especial para diferentes conjuntos de chips. Como regla general, se incluyen con la placa base; si es necesario, se puede "descargar";
desde Internet desde el sitio web del fabricante de la placa base.

El estándar Ultra DMA es compatible con controladores anteriores que funcionan en una versión más lenta.
Versión actual: Ultra DMA/100 (finales de 2000) y Ultra DMA/133 (2001).

sata
Reemplazo IDE (ATA) no otro Fireware de bus serie de alta velocidad (IEEE-1394). El uso de nueva tecnología permitirá que la velocidad de transferencia alcance los 100Mb/s,
La confiabilidad del sistema aumenta, esto le permitirá instalar dispositivos sin encender la PC, lo cual está estrictamente prohibido en la interfaz ATA.

SCSI (Interfaz de sistema de computadora pequeña)— los dispositivos cuestan 2 veces más que los normales y requieren un controlador especial en la placa base.
Utilizado para servidores, sistemas de publicación, CAD. Proporcione un mayor rendimiento (velocidad de hasta 160 Mb/s), una amplia gama de dispositivos de almacenamiento conectados.
El controlador SCSI debe adquirirse junto con el disco correspondiente.

SCSI tiene una ventaja sobre IDE: flexibilidad y rendimiento.
La flexibilidad radica en la gran cantidad de dispositivos conectados (7-15), y para IDE (4 como máximo), una mayor longitud de cable.
Rendimiento: alta velocidad de transferencia y capacidad de procesar múltiples transacciones simultáneamente.

1. Ultra Sсsi 2/3 (Fast-20) hasta 40 Mb/s versión de 16 bits Ultra2 - estándar SCSI hasta 80 Mb/s

2. Otra tecnología de interfaz SCSI llamada Fibre Channel Arbitated Loop (FC-AL) permite conectar hasta 100 Mbps, con una longitud de cable de hasta 30 metros. La tecnología FC-AL permite conexiones "en caliente", es decir. en movimiento, tiene líneas adicionales para monitoreo y corrección de errores (la tecnología es más cara que la SCSI normal).

4. Otras características de los discos duros modernos

La gran variedad de modelos de discos duros dificulta elegir el adecuado.
Además de la capacidad requerida, también es muy importante el rendimiento, que viene determinado principalmente por sus características físicas.
Estas características son el tiempo medio de búsqueda, la velocidad de rotación, la velocidad de transferencia interna y externa y el tamaño de la memoria caché.

4.1 Tiempo medio de búsqueda.

El disco duro tarda algún tiempo en mover el cabezal magnético desde su posición actual a la nueva requerida para leer la siguiente información.
En cada situación concreta, este tiempo es diferente, dependiendo de la distancia que debe recorrer la cabeza. Normalmente, las especificaciones proporcionan sólo valores promediados y los algoritmos de promedio utilizados por diferentes empresas generalmente difieren, por lo que la comparación directa es difícil.

Así, las empresas Fujitsu y Western Digital utilizan todos los pares de pistas posibles; las empresas Maxtor y Quantum utilizan el método de acceso aleatorio. El resultado resultante se puede ajustar aún más.

El tiempo de búsqueda para escribir suele ser ligeramente mayor que para leer. Algunos fabricantes proporcionan sólo el valor más bajo (para lectura) en sus especificaciones. En cualquier caso, además de los valores medios, conviene tener en cuenta el máximo (en todo el disco),
y tiempo de búsqueda mínimo (es decir, de pista a pista).

4.2 Velocidad de rotación

Desde el punto de vista de la velocidad de acceso al fragmento deseado de la grabación, la velocidad de rotación afecta la cantidad del llamado tiempo latente, que se requiere para que el disco gire hacia el cabezal magnético con el sector deseado.

El valor medio de este tiempo corresponde a media revolución del disco y es de 8,33 ms a 3600 rpm, 6,67 ms a 4500 rpm, 5,56 ms a 5400 rpm, 4,17 ms a 7200 rpm.

El valor del tiempo latente es comparable al tiempo promedio de búsqueda, por lo que en algunos modos puede tener el mismo impacto, si no mayor, en el rendimiento.

4.3 Velocidad de transmisión interna

— la velocidad a la que se escriben o leen datos en el disco. Debido a la grabación de zonas, tiene un valor variable: más alto en las pistas exteriores y más bajo en las interiores.
Cuando se trabaja con archivos largos, en muchos casos este parámetro limita la velocidad de transferencia.

4.4 Velocidad de transmisión externa

— velocidad (pico) con la que se transmiten los datos a través de la interfaz.

Depende del tipo de interfaz y suele tener valores fijos: 8,3; 11.1; 16,7 Mb/s para IDE mejorado (Modo PIO 2, 3, 4); 33,3 66,6 100 para UltraDMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s para SCSI síncrono, Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 bits), respectivamente.

4.5 Si el disco duro tiene su propia memoria caché y su volumen (búfer de disco).

El tamaño y la organización de la memoria caché (búfer interno) pueden afectar significativamente el rendimiento del disco duro. Lo mismo que para la memoria caché normal,
Una vez que se alcanza un cierto volumen, el crecimiento de la productividad se desacelera drásticamente.

La memoria caché segmentada de gran capacidad es relevante para las unidades SCSI de alto rendimiento utilizadas en entornos multitarea. Cuanto mayor sea el caché, más rápido funcionará el disco duro (128-256 Kb).

La influencia de cada parámetro en el rendimiento general es bastante difícil de aislar.

Requisitos del disco duro

El principal requisito de los discos es la fiabilidad de funcionamiento, garantizada por una larga vida útil de los componentes de 5 a 7 años; buenos indicadores estadísticos, a saber:

tiempo medio entre fallas de al menos 500 mil horas (clase más alta 1 millón de horas o más).
sistema de monitoreo activo incorporado para el estado de los nodos del disco Tecnología de informes y análisis SMART/autocontrol.

Tecnología ELEGANTE. (Tecnología de informes y análisis de autocontrol) es un estándar industrial abierto desarrollado al mismo tiempo por Compaq, IBM y varios otros fabricantes de discos duros.

El significado de esta tecnología es el autodiagnóstico interno del disco duro, que permite evaluar su estado actual e informar sobre posibles problemas futuros que podrían provocar la pérdida de datos o un fallo del disco.

El estado de todos los elementos vitales del disco se controla constantemente:
cabezales, superficies de trabajo, motor eléctrico con husillo, unidad electrónica. Por ejemplo, si se detecta un debilitamiento de la señal, la información se reescribe y se realizan más observaciones.
Si la señal vuelve a debilitarse, los datos se transfieren a otra ubicación, y el clúster dado se considera defectuoso y no disponible, y en su lugar se pone a disposición otro clúster de la reserva de disco.

Cuando trabaje con un disco duro, debe cumplir con las condiciones de temperatura en las que opera el disco. Los fabricantes garantizan un funcionamiento sin problemas del disco duro a temperaturas ambiente de 0 ° C a 50 ° C, aunque, en principio, sin consecuencias graves, es posible cambiar los límites al menos 10 grados en ambas direcciones.
Con grandes diferencias de temperatura, es posible que no se forme una capa de aire del espesor requerido, lo que dañará la capa magnética.

En general, los fabricantes de discos duros prestan mucha atención a la fiabilidad de sus productos.

El principal problema es que entran partículas extrañas en el interior del disco.

A modo de comparación: una partícula de humo de tabaco tiene el doble de distancia entre la superficie y la cabeza, el grosor de un cabello humano es de 5 a 10 veces mayor.
Para la cabeza, un encuentro con tales objetos provocará un fuerte golpe y, como resultado, un daño parcial o un fallo total.
Exteriormente, esto se nota en la aparición de una gran cantidad de grupos inutilizables ubicados regularmente.

Son peligrosas las grandes aceleraciones (sobrecargas) a corto plazo que se producen durante impactos, caídas, etc. Por ejemplo, tras un impacto, la cabeza golpea bruscamente el campo magnético.
capa y provoca su destrucción en el lugar correspondiente. O, por el contrario, primero se mueve en la dirección opuesta y luego, bajo la influencia de una fuerza elástica, golpea la superficie como un resorte.
Como resultado, aparecen partículas de recubrimiento magnético en la carcasa, que nuevamente pueden dañar el cabezal.

No piense que bajo la influencia de la fuerza centrífuga se alejarán del disco: la capa magnética.
los atraerá firmemente hacia usted. En principio, las terribles consecuencias no son el impacto en sí (de alguna manera se puede aceptar la pérdida de un cierto número de cúmulos), sino el hecho de que se forman partículas que seguramente causarán más daños al disco.

Para evitar casos tan desagradables, varias empresas recurren a todo tipo de trucos. Además de simplemente aumentar la resistencia mecánica de los componentes del disco, también se utiliza la tecnología inteligente S.M.A.R.T, que monitorea la confiabilidad de la grabación y la seguridad de los datos en los medios (ver arriba).

De hecho, el disco no siempre se formatea a su máxima capacidad; Esto se debe principalmente al hecho de que es casi imposible producir un soporte
en el que absolutamente toda la superficie sería de alta calidad, seguramente habrá malas acumulaciones (fallas). Cuando un disco se formatea a bajo nivel, su electrónica se configura de manera que
para que evite estas áreas defectuosas y sea completamente invisible para el usuario que el medio tiene un defecto. Pero si son visibles (por ejemplo, después de formatear
la utilidad muestra su número distinto de cero), entonces esto ya es muy malo.

Si la garantía no ha expirado (y, en mi opinión, es mejor comprar un disco duro con garantía), lleve inmediatamente el disco al vendedor y exija un reemplazo del medio o un reembolso.
El vendedor, por supuesto, inmediatamente comenzará a decir que un par de áreas defectuosas no son motivo de preocupación, pero no le crea. Como ya se mencionó, lo más probable es que este par cause muchos más problemas y, posteriormente, es posible que el disco duro falle por completo.

Un disco en funcionamiento es especialmente sensible a sufrir daños, por lo que no debe colocar la computadora en un lugar donde pueda estar expuesta a diversos golpes, vibraciones, etc.

Preparando el disco duro para el trabajo

Empecemos desde el principio. Supongamos que compró un disco duro y un cable por separado de la computadora.
(El caso es que cuando compras una computadora ensamblada, recibirás un disco listo para usar).

Algunas palabras sobre cómo manejarlo. Una unidad de disco duro es un producto muy complejo que contiene, además de electrónica, mecánica de precisión.
Por lo tanto, requiere un manejo cuidadoso: golpes, caídas y vibraciones fuertes pueden dañar su parte mecánica. Como regla general, la placa de transmisión contiene muchos elementos de tamaño pequeño y no está cubierta con cubiertas duraderas. Por este motivo, se debe tener cuidado para garantizar su seguridad.
Lo primero que debe hacer cuando reciba un disco duro es leer la documentación que lo acompaña; probablemente contendrá mucha información útil e interesante. En este caso, debes prestar atención a los siguientes puntos:

la presencia y opciones para configurar puentes que determinan la configuración (instalación) del disco, por ejemplo, determinar un parámetro como el nombre físico del disco (pueden estar presentes, pero pueden no estar presentes),
número de cabezas, cilindros, sectores en discos, nivel de precompensación y tipo de disco. Debe ingresar esta información cuando se lo solicite el programa de configuración de la computadora.
Toda esta información será necesaria al formatear el disco y preparar la máquina para trabajar con él.
Si el propio PC no detecta los parámetros de tu disco duro, el mayor problema será instalar un disco para el que no existe documentación.
En la mayoría de los discos duros puede encontrar etiquetas con el nombre del fabricante, el tipo (marca) del dispositivo, así como una tabla de pistas cuyo uso no está permitido.
Además, el variador puede contener información sobre el número de cabezas, cilindros y sectores y el nivel de precompensación.

Para ser justos, hay que decir que muchas veces en el disco sólo está escrito su título. Pero incluso en este caso, puede encontrar la información requerida en el libro de referencia,
o llamando a la oficina de representación de la empresa. Es importante obtener respuestas a tres preguntas:

¿Cómo se deben configurar los puentes para utilizar el variador como maestro/esclavo?
¿Cuántos cilindros y culatas hay en el disco, cuántos sectores por pista, cuál es el valor de precompensación?
¿Qué tipo de disco de los registrados en la ROM BIOS se adapta mejor a esta unidad?

Con esta información en la mano, puedes proceder a instalar el disco duro.

Para instalar un disco duro en su computadora, haga lo siguiente:

Desconecte toda la unidad del sistema de la alimentación y retire la cubierta.
Conecte el cable del disco duro al controlador de la placa base. Si estás instalando un segundo disco, puedes usar el cable del primero si tiene un conector adicional, pero debes recordar que la velocidad de funcionamiento de diferentes discos duros se comparará con la del lado más lento.
Si es necesario, cambie los puentes según la forma en que esté utilizando el disco duro.
Instale la unidad en un espacio libre y conecte el cable del controlador en la placa al conector del disco duro con la franja roja a la fuente de alimentación, cable de alimentación.
Asegure de forma segura el disco duro con cuatro pernos en ambos lados, coloque los cables dentro de la computadora de manera que al cerrar la tapa no los corte,
Cierre la unidad del sistema.
Si la computadora no detecta el disco duro, cambie la configuración de la computadora usando el programa de instalación para que sepa que se le ha agregado un nuevo dispositivo.

Fabricantes de discos duros

Los discos duros de la misma capacidad (pero de diferentes fabricantes) suelen tener características más o menos similares, y las diferencias se expresan principalmente en el diseño de la carcasa, el factor de forma (es decir, las dimensiones) y el período de garantía. Además, cabe hacer una mención especial a este último: el coste de la información contenida en un disco duro moderno suele ser muchas veces superior a su propio precio.

Si su disco tiene problemas, intentar repararlo a menudo sólo significa exponer sus datos a riesgos adicionales.
Una forma mucho más razonable es sustituir el dispositivo defectuoso por uno nuevo.
La mayor parte de los discos duros en el mercado ruso (y no solo) la componen productos de IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

el nombre del fabricante que produce este tipo de accionamiento,

Corporación Quantum (www.quantum.com.), fundada en 1980, es una de las veteranas en el mercado de las unidades de disco. La empresa es conocida por sus soluciones técnicas innovadoras destinadas a mejorar la confiabilidad y el rendimiento de los discos duros, el tiempo de acceso a los datos en el disco y la velocidad de lectura/escritura en el disco, y la capacidad de informar sobre posibles problemas futuros que podrían provocar la pérdida de datos. o fallo del disco.

— Una de las tecnologías patentadas de Quantum es el SPS (Sistema de protección contra golpes), diseñado para proteger el disco contra golpes.

— programa DPS (Sistema de protección de datos) integrado diseñado para preservar lo más preciado: los datos almacenados en ellos.

Corporación Western Digital (www.wdс.com.) También una de las empresas fabricantes de unidades de disco más antiguas, ha visto sus altibajos a lo largo de su historia.
Recientemente, la empresa ha podido introducir las últimas tecnologías en sus discos. Entre ellos cabe destacar nuestro propio desarrollo: la tecnología Data Lifeguard, que es un desarrollo posterior del sistema S.M.A.R.T. Intenta completar lógicamente la cadena.

Según esta tecnología, la superficie del disco se escanea periódicamente durante los períodos en los que el sistema no la utiliza. Este lee los datos y comprueba su integridad. Si se detectan problemas al acceder a un sector, los datos se transfieren a otro sector.
La información sobre los sectores defectuosos se ingresa en una lista de defectos interna, lo que evita futuras entradas a sectores defectuosos en el futuro.

Firme Seagate (www.seagate.com) muy famoso en nuestro mercado. Por cierto, recomiendo los discos duros de esta empresa en particular, ya que son muy fiables y duraderos.

En 1998, volvió a llamar la atención al lanzar una serie de discos Medalist Pro.
con una velocidad de rotación de 7200 rpm, utilizando para ello rodamientos especiales. Anteriormente, esta velocidad se utilizaba sólo en unidades de interfaz SCSI, lo que permitía aumentar el rendimiento. La misma serie utiliza la tecnología SeaShield System, diseñada para mejorar la protección del disco y los datos almacenados en él contra la influencia de la electrostática y los golpes. Al mismo tiempo, también se reduce el impacto de la radiación electromagnética.

Todos los discos fabricados son compatibles con la tecnología S.M.A.R.T.
Las nuevas unidades de Seagate incluyen una versión mejorada de su sistema SeaShield con más capacidades.
Es significativo que Seagate haya anunciado la mayor resistencia a los golpes de la serie actualizada en la industria: 300G cuando no está en uso.

Firme IBM (www.storage.ibm.com) Aunque hasta hace poco no era un proveedor importante en el mercado ruso de discos duros, logró ganarse rápidamente una buena reputación gracias a sus unidades de disco rápidas y fiables.

Firme Fujitsu (www.fujitsu.com) es un gran y experimentado fabricante de unidades de disco, no sólo magnéticas, sino también ópticas y magnetoópticas.
Es cierto que la empresa no es en absoluto líder en el mercado de discos duros con interfaz IDE: controla (según varios estudios) aproximadamente el 4% de este mercado y sus principales intereses se encuentran en el campo de los dispositivos SCSI.

Diccionario terminológico

Dado que algunos elementos de accionamiento que desempeñan un papel importante en su funcionamiento a menudo se consideran conceptos abstractos, a continuación se explican los términos más importantes.

Tiempo de acceso— El período de tiempo necesario para que una unidad de disco duro busque y transfiera datos hacia o desde la memoria.
El rendimiento de las unidades de disco duro suele estar determinado por el tiempo de acceso (recuperación).

Grupo- la unidad de espacio más pequeña con la que trabaja el sistema operativo en la tabla de ubicación de archivos. Normalmente, un grupo consta de 2-4-8 o más sectores.
El número de sectores depende del tipo de disco. La búsqueda de clústeres en lugar de sectores individuales reduce los costos de tiempo del sistema operativo. Los clústeres grandes proporcionan un rendimiento más rápido
unidad, ya que la cantidad de clústeres en este caso es menor, pero el espacio (espacio) en el disco se usa peor, ya que muchos archivos pueden ser más pequeños que el clúster y los bytes restantes del clúster no se usan.

Controlador (Controlador)- circuito, generalmente ubicado en una tarjeta de expansión, que controla el funcionamiento de la unidad de disco duro, incluido el movimiento del cabezal y la lectura y escritura de datos.

Cilindro- pistas ubicadas una frente a la otra en todos los lados de todos los discos.

Cabezal de accionamiento- un mecanismo que se mueve a lo largo de la superficie del disco duro y proporciona grabación o lectura electromagnética de datos.

Tabla de asignación de archivos (FAT)- un registro generado por el sistema operativo que rastrea la ubicación de cada archivo en el disco y qué sectores se utilizan y cuáles están libres para escribir nuevos datos en ellos.

Espacio en la cabeza— la distancia entre el cabezal de accionamiento y la superficie del disco.

Intercalar— la relación entre la velocidad de rotación del disco y la organización de sectores en el disco. Normalmente, la velocidad de rotación del disco excede la capacidad de la computadora para recibir datos del disco. Cuando el controlador lee los datos, el siguiente sector secuencial ya ha pasado por delante. Por lo tanto, los datos se escriben en el disco a través de uno o dos sectores. Usando un software especial al formatear un disco, puede cambiar el orden de las bandas.

Unidad lógica- determinadas partes de la superficie de trabajo del disco duro, que se consideran unidades independientes.
Algunas unidades lógicas se pueden utilizar para otros sistemas operativos, como UNIX.

Aparcamiento- mover los cabezales de la unidad a un punto específico y fijarlos estacionarios sobre las partes no utilizadas del disco, para minimizar el daño cuando la unidad se sacude cuando los cabezales golpean la superficie del disco.

Particionamiento– operación de dividir un disco duro en unidades lógicas. Todos los discos están particionados, aunque los discos pequeños pueden tener solo una partición.

Disco (plato)- el propio disco metálico, recubierto de material magnético, en el que se registran los datos. Un disco duro suele tener más de un disco.

RLL (longitud de ejecución limitada)- Un circuito de codificación utilizado por algunos controladores para aumentar el número de sectores por pista para acomodar más datos.

Sector- Una división de pistas de disco que representa la unidad básica de tamaño utilizada por la unidad. Los sectores del sistema operativo suelen contener 512 bytes.

Tiempo de posicionamiento (tiempo de búsqueda)- el tiempo necesario para que el cabezal se desplace desde el carril en el que está instalado hasta algún otro carril deseado.

Pista- división concéntrica del disco. Las pistas son similares a las pistas de un disco. A diferencia de las pistas de un disco, que son una espiral continua, las pistas de un disco son circulares. Las pistas, a su vez, se dividen en clusters y sectores.

Tiempo de búsqueda de pista a pista— el tiempo necesario para que el cabezal motriz se desplace a la vía adyacente.

Tasa de transferencia- la cantidad de información transferida entre el disco y la computadora por unidad de tiempo. También incluye el tiempo que lleva buscar una pista.

Los discos duros, o discos duros como también se les llama, son uno de los componentes más importantes de un sistema informático. Todo el mundo sabe sobre esto. Pero no todos los usuarios modernos tienen siquiera un conocimiento básico de cómo funciona un disco duro. El principio de funcionamiento, en general, es bastante sencillo para una comprensión básica, pero hay algunos matices que se analizarán más adelante.

¿Preguntas sobre el propósito y la clasificación de los discos duros?

La cuestión del propósito es, por supuesto, retórica. Cualquier usuario, incluso el más básico, responderá inmediatamente que un disco duro (también conocido como disco duro, también conocido como disco duro o HDD) responderá inmediatamente que se utiliza para almacenar información.

En general, esto es cierto. No olvide que en el disco duro, además del sistema operativo y los archivos de usuario, existen sectores de arranque creados por el sistema operativo, gracias a los cuales se inicia, así como ciertas etiquetas mediante las cuales puede encontrar rápidamente la información necesaria en el disco.

Los modelos modernos son bastante diversos: discos duros normales, discos duros externos, unidades de estado sólido (SSD) de alta velocidad, aunque generalmente no se clasifican como discos duros. A continuación, se propone considerar la estructura y el principio de funcionamiento de un disco duro, si no en su totalidad, al menos de tal manera que sea suficiente para comprender los términos y procesos básicos.

Tenga en cuenta que también existe una clasificación especial de los discos duros modernos según algunos criterios básicos, entre los que se encuentran los siguientes:

método de almacenamiento de información;
tipo de medio;
forma de organizar el acceso a la información.

¿Por qué un disco duro se llama disco duro?

Hoy en día, muchos usuarios se preguntan por qué llaman a los discos duros relacionados con armas pequeñas. Al parecer, ¿qué podría haber en común entre estos dos dispositivos?

El término en sí apareció en 1973, cuando apareció en el mercado el primer disco duro del mundo, cuyo diseño constaba de dos compartimentos separados en un contenedor sellado. La capacidad de cada compartimento era de 30 MB, razón por la cual los ingenieros le dieron al disco el nombre en clave "30-30", que estaba en total sintonía con la marca del arma "30-30 Winchester", popular en ese momento. Es cierto que a principios de los años 90 en América y Europa este nombre prácticamente dejó de usarse, pero sigue siendo popular en el espacio postsoviético.

La estructura y principio de funcionamiento de un disco duro.

Pero estamos divagando. El principio de funcionamiento de un disco duro se puede describir brevemente como los procesos de lectura o escritura de información. ¿Pero cómo sucede esto? Para comprender el principio de funcionamiento de un disco duro magnético, primero debe estudiar cómo funciona.

El disco duro en sí es un conjunto de placas, cuyo número puede variar de cuatro a nueve, conectadas entre sí por un eje (eje) llamado husillo. Las placas están situadas una encima de la otra. Muy a menudo, los materiales para su fabricación son aluminio, latón, cerámica, vidrio, etc. Las propias placas tienen un recubrimiento magnético especial en forma de un material llamado plato, a base de óxido de ferrita gamma, óxido de cromo, ferrita de bario, etc. Cada una de estas placas tiene aproximadamente 2 mm de espesor.

Las cabezas radiales (una para cada placa) se encargan de escribir y leer la información, y en las placas se utilizan ambas superficies. Para lo cual puede oscilar entre 3600 y 7200 rpm, y dos motores eléctricos se encargan de mover los cabezales.

En este caso, el principio básico de funcionamiento del disco duro de una computadora es que la información no se registra en cualquier lugar, sino en ubicaciones estrictamente definidas, llamadas sectores, que se encuentran en caminos o pistas concéntricas. Para evitar confusiones, se aplican reglas uniformes. Esto significa que los principios de funcionamiento de los discos duros, desde el punto de vista de su estructura lógica, son universales. Por ejemplo, el tamaño de un sector, adoptado como estándar uniforme en todo el mundo, es de 512 bytes. A su vez, los sectores se dividen en clusters, que son secuencias de sectores adyacentes. Y las peculiaridades del principio de funcionamiento de un disco duro a este respecto son que el intercambio de información se realiza por grupos enteros (un número entero de cadenas de sectores).

Pero, ¿cómo se produce la lectura de información? Los principios de funcionamiento de un disco magnético duro son los siguientes: utilizando un soporte especial, el cabezal de lectura se mueve en dirección radial (espiral) hacia la pista deseada y, cuando se gira, se coloca sobre un sector determinado, y todos los cabezales pueden moverse simultáneamente, leyendo la misma información no solo de diferentes pistas, sino también de diferentes discos (placas). Todas las orugas con el mismo número de serie suelen denominarse cilindros.

En este caso, se puede identificar otro principio de funcionamiento del disco duro: cuanto más cerca esté el cabezal de lectura de la superficie magnética (pero no la toque), mayor será la densidad de grabación.

¿Cómo se escribe y lee la información?

Los discos duros, o discos duros, se denominaron magnéticos porque utilizan las leyes de la física del magnetismo, formuladas por Faraday y Maxwell.

Como ya se ha mencionado, las placas de material no sensible al magnetismo están recubiertas con un revestimiento magnético cuyo espesor es de sólo unos pocos micrómetros. Durante el funcionamiento aparece un campo magnético que tiene la llamada estructura de dominio.

Un dominio magnético es una región magnetizada de una ferroaleación estrictamente limitada por límites. Además, el principio de funcionamiento de un disco duro se puede describir brevemente de la siguiente manera: cuando se expone a un campo magnético externo, el propio campo del disco comienza a orientarse estrictamente a lo largo de las líneas magnéticas, y cuando cesa la influencia, aparecen zonas de magnetización residual. en los discos, en los que se almacena la información que anteriormente estaba contenida en el campo principal.

El cabezal de lectura es responsable de crear un campo externo al escribir, y al leer, la zona de magnetización residual ubicada frente al cabezal crea una fuerza electromotriz o EMF. Además, todo es simple: un cambio en la FEM corresponde a uno en código binario, y su ausencia o terminación corresponde a cero. El tiempo de cambio del EMF se suele denominar elemento de bit.

Además, la superficie magnética, por consideraciones puramente informáticas, se puede asociar como una determinada secuencia puntual de bits de información. Pero, dado que la ubicación de dichos puntos no se puede calcular con absoluta precisión, es necesario instalar algunos marcadores predefinidos en el disco que ayuden a determinar la ubicación deseada. Crear tales marcas se llama formatear (en términos generales, dividir el disco en pistas y sectores combinados en grupos).

Estructura lógica y principio de funcionamiento de un disco duro en términos de formateo.

En cuanto a la organización lógica del HDD, aquí lo primero es el formateo, en el que se distinguen dos tipos principales: de bajo nivel (físico) y de alto nivel (lógico). Sin estos pasos, no se puede hablar de poner el disco duro en condiciones de funcionar. La forma de inicializar un nuevo disco duro se analizará por separado.

El formateo de bajo nivel implica un impacto físico en la superficie del disco duro, lo que crea sectores ubicados a lo largo de las pistas. Es curioso que el principio de funcionamiento de un disco duro sea tal que cada sector creado tiene su propia dirección única, que incluye el número del sector en sí, el número de la pista en la que se encuentra y el número del lado. del plato. Así, al organizar el acceso directo, la misma RAM accede directamente a una dirección determinada, en lugar de buscar la información necesaria en toda la superficie, por lo que se consigue rendimiento (aunque esto no es lo más importante). Tenga en cuenta que al realizar un formateo de bajo nivel, se borra absolutamente toda la información y, en la mayoría de los casos, no se puede restaurar.

Otra cosa es el formateo lógico (en los sistemas Windows esto es formateo rápido o formato rápido). Además, estos procesos también son aplicables a la creación de particiones lógicas, que son un área determinada del disco duro principal que opera con los mismos principios.

El formateo lógico afecta principalmente al área del sistema, que consta del sector de arranque y las tablas de particiones (registro de arranque), la tabla de asignación de archivos (FAT, NTFS, etc.) y el directorio raíz (directorio raíz).

La información se escribe en sectores a través del clúster en varias partes y un clúster no puede contener dos objetos (archivos) idénticos. En realidad, la creación de una partición lógica, por así decirlo, la separa de la partición principal del sistema, por lo que la información almacenada en ella no está sujeta a cambios o eliminación en caso de errores y fallas.

Principales características del disco duro

Parece que en términos generales el principio de funcionamiento de un disco duro está un poco claro. Pasemos ahora a las características principales que brindan una imagen completa de todas las capacidades (o desventajas) de los discos duros modernos.

El principio de funcionamiento de un disco duro y sus principales características pueden ser completamente diferentes. Para entender de qué estamos hablando, resaltemos los parámetros más básicos que caracterizan a todos los dispositivos de almacenamiento de información conocidos en la actualidad:

capacidad (volumen);
rendimiento (velocidad de acceso a datos, lectura y escritura de información);
interfaz (método de conexión, tipo de controlador).

La capacidad representa la cantidad total de información que se puede escribir y almacenar en un disco duro. La industria de producción de discos duros se está desarrollando tan rápidamente que hoy en día se utilizan discos duros con capacidades de aproximadamente 2 TB y más. Y, como se cree, ese no es el límite.

La interfaz es la característica más significativa. Determina exactamente cómo se conecta el dispositivo a la placa base, qué controlador se utiliza, cómo se realiza la lectura y escritura, etc. Las interfaces principales y más comunes son IDE, SATA y SCSI.

Los discos con interfaz IDE son económicos, pero las principales desventajas incluyen un número limitado de dispositivos conectados simultáneamente (máximo cuatro) y bajas velocidades de transferencia de datos (incluso si admiten acceso directo a memoria Ultra DMA o protocolos Ultra ATA (Modo 2 y Modo 4). Aunque se cree que su uso aumenta la velocidad de lectura/escritura a 16 MB/s, en realidad la velocidad es mucho menor. Además, para utilizar el modo UDMA, es necesario instalar un controlador especial, que, en teoría, debería. Se suministra completo con placa base.

Cuando hablamos del principio de funcionamiento de un disco duro y sus características, no podemos pasar por alto cuál es la versión sucesora de la versión IDE ATA. La ventaja de esta tecnología es que la velocidad de lectura/escritura se puede aumentar a 100 MB/s mediante el uso del bus Fireware IEEE-1394 de alta velocidad.

Finalmente, la interfaz SCSI, en comparación con las dos anteriores, es la más flexible y rápida (las velocidades de escritura/lectura alcanzan los 160 MB/s y superiores). Pero estos discos duros cuestan casi el doble. Pero el número de dispositivos de almacenamiento de información conectados simultáneamente varía de siete a quince, la conexión se puede realizar sin apagar la computadora y la longitud del cable puede ser de unos 15 a 30 metros. En realidad, este tipo de disco duro no se utiliza principalmente en las PC de los usuarios, sino en servidores.

El rendimiento, que caracteriza la velocidad de transferencia y el rendimiento de E/S, generalmente se expresa en términos de tiempo de transferencia y la cantidad de datos secuenciales transferidos y se expresa en MB/s.

Algunas opciones adicionales

Hablando de cuál es el principio de funcionamiento de un disco duro y qué parámetros afectan su funcionamiento, no podemos ignorar algunas características adicionales que pueden afectar el rendimiento o incluso la vida útil del dispositivo.

Aquí, en primer lugar está la velocidad de rotación, que incide directamente en el tiempo de búsqueda e inicialización (reconocimiento) del sector deseado. Este es el llamado tiempo de búsqueda latente, el intervalo durante el cual el sector requerido gira hacia el cabezal de lectura. Hoy en día, se han adoptado varios estándares para la velocidad del husillo, expresada en revoluciones por minuto con un tiempo de retraso en milisegundos:

3600 - 8,33;
4500 - 6,67;
5400 - 5,56;
7200 - 4,17.

Es fácil ver que cuanto mayor es la velocidad, menos tiempo se dedica a buscar sectores y, en términos físicos, por revolución del disco antes de colocar el cabezal en el punto de posicionamiento deseado del plato.

Otro parámetro es la velocidad de transmisión interna. En las vías externas es mínimo, pero aumenta con una transición gradual a las vías internas. Así, el mismo proceso de desfragmentación, que consiste en mover datos de uso frecuente a las zonas más rápidas del disco, no es más que moverlos a una pista interna con mayor velocidad de lectura. La velocidad externa tiene valores fijos y depende directamente de la interfaz utilizada.

Finalmente, uno de los puntos importantes está relacionado con la presencia de una memoria caché o buffer propia del disco duro. En esencia, el principio de funcionamiento de un disco duro en términos de uso del búfer es algo similar al de la RAM o la memoria virtual. Cuanto mayor sea la memoria caché (128-256 KB), más rápido funcionará el disco duro.

Requisitos principales para HDD

En la mayoría de los casos, no existen tantos requisitos básicos que se imponen a los discos duros. Lo principal es una larga vida útil y fiabilidad.

El estándar principal para la mayoría de los discos duros es una vida útil de aproximadamente 5 a 7 años con un tiempo de funcionamiento de al menos quinientas mil horas, pero para los discos duros de alta gama esta cifra es de al menos un millón de horas.

En cuanto a la confiabilidad, la función de autoprueba S.M.A.R.T es responsable de esto, que monitorea el estado de los elementos individuales del disco duro, realizando un monitoreo constante. A partir de los datos recopilados, se puede formar incluso una cierta previsión de la aparición de posibles averías en el futuro.

Ni que decir tiene que el usuario no debe quedarse al margen. Entonces, por ejemplo, cuando se trabaja con un disco duro, es extremadamente importante mantener el régimen de temperatura óptimo (0 - 50 ± 10 grados Celsius), evitar sacudidas, impactos y caídas del disco duro, polvo u otras partículas pequeñas. , etc. Por cierto, a muchos les resultará interesante saber que las mismas partículas de humo de tabaco se encuentran aproximadamente al doble de la distancia entre el cabezal de lectura y la superficie magnética del disco duro, y el cabello humano, de 5 a 10 veces.

Problemas de inicialización en el sistema al reemplazar un disco duro

Ahora unas palabras sobre qué acciones se deben tomar si por alguna razón el usuario cambió el disco duro o instaló uno adicional.

No describiremos completamente este proceso, sino que nos centraremos únicamente en las etapas principales. Primero, debe conectar el disco duro y mirar en la configuración del BIOS para ver si se ha identificado nuevo hardware, inicializarlo en la sección de administración del disco y crear un registro de arranque, crear un volumen simple, asignarle un identificador (letra) y formatéelo seleccionando un sistema de archivos. Sólo después de esto el nuevo “tornillo” estará completamente listo para funcionar.

Conclusión

De hecho, esto es todo lo que se refiere brevemente al funcionamiento básico y las características de los discos duros modernos. Aquí no se consideró fundamentalmente el principio de funcionamiento de un disco duro externo, ya que prácticamente no difiere del que se utiliza para los discos duros estacionarios. La única diferencia es el método para conectar la unidad adicional a una computadora o computadora portátil. La conexión más común es a través de una interfaz USB, que se conecta directamente a la placa base. Al mismo tiempo, si desea garantizar el máximo rendimiento, es mejor utilizar el estándar USB 3.0 (el puerto interior es de color azul), por supuesto, siempre que el disco duro externo lo admita.

De lo contrario, creo que muchas personas comprenden al menos un poco cómo funciona un disco duro de cualquier tipo. Quizás se hayan dado demasiados temas anteriormente, especialmente incluso de un curso de física escolar; sin embargo, sin esto, no será posible comprender completamente todos los principios y métodos básicos inherentes a las tecnologías para producir y usar discos duros.

Almacenamiento de información en discos duros

Parte 1

1. Introducción

La mayoría de los usuarios, respondiendo a la pregunta de qué hay en la unidad de su sistema, mencionan, entre otras cosas, el disco duro. El disco duro es el dispositivo en el que se almacenan con mayor frecuencia sus datos. Existe una leyenda que explica por qué los discos duros recibieron un nombre tan elegante. El primer disco duro, lanzado en Estados Unidos a principios de los años 70, tenía una capacidad de 30 MB de información en cada superficie de trabajo. Al mismo tiempo, el rifle de repetición de O. F. Winchester, muy conocido en Estados Unidos, tenía un calibre 0,30; Quizás el primer disco duro retumbó como una ametralladora durante su funcionamiento, o olía a pólvora; no lo sé, pero a partir de entonces empezaron a llamar discos duros a los discos duros.

Durante el funcionamiento de la computadora, se producen fallos de funcionamiento. Virus, cortes de energía, errores de software: todo esto puede dañar la información almacenada en su disco duro. El daño a la información no siempre significa su pérdida, por lo que es útil saber cómo se almacena en el disco duro, porque así se podrá restaurar. Entonces, por ejemplo, si el área de arranque está dañada por un virus, no es necesario formatear todo el disco (!), pero, después de restaurar el área dañada, continúe con el funcionamiento normal conservando todos sus datos invaluables.

Por un lado, en el proceso de redacción de este artículo, me propuse la tarea de contarles:

sobre los principios de grabar información en un disco duro;
sobre la ubicación y carga del sistema operativo;
sobre cómo dividir correctamente su nuevo disco duro en particiones para poder utilizar varios sistemas operativos.

Por otro lado, quiero preparar al lector para el segundo artículo, en el que hablaré de programas llamados gestores de arranque. Para comprender cómo funcionan estos programas, es necesario tener conocimientos básicos sobre aspectos como MBR, particiones, etc.

Basta de palabras generales: comencemos.

2. Dispositivo de disco duro

Un disco duro (HDD - Hard Disk Drive) está diseñado de la siguiente manera: en un eje conectado a un motor eléctrico, hay un bloque de varios discos (panqueques), sobre cuya superficie hay cabezales para leer / escribir información. Las cabezas tienen forma de ala y están unidas a una correa en forma de media luna. Durante el funcionamiento, “vuelan” sobre la superficie de los discos en el flujo de aire que se crea cuando los mismos discos giran. Obviamente, la fuerza de elevación depende de la presión del aire sobre las cabezas. Esto, a su vez, depende de la presión atmosférica externa. Por lo tanto, algunos fabricantes indican un techo operativo máximo (por ejemplo, 3000 m) en las especificaciones de sus dispositivos. ¿Por qué no un avión? El disco se divide en pistas (o pistas), que a su vez se dividen en sectores. Dos pistas equidistantes del centro pero ubicadas en lados opuestos del disco se llaman cilindros.

3. Almacenamiento de información

Un disco duro, como cualquier otro dispositivo de bloques, almacena información en porciones fijas llamadas bloques. Un bloque es el dato más pequeño que tiene una dirección única en el disco duro. Para leer o escribir la información requerida en la ubicación deseada, es necesario proporcionar la dirección del bloque como parámetro del comando emitido al controlador del disco duro. El tamaño del bloque ha sido durante mucho tiempo estándar para todos los discos duros: 512 bytes.

Desafortunadamente, muy a menudo existe confusión entre conceptos como "sector", "clúster" y "bloque". De hecho, no existe diferencia entre un “bloque” y un “sector”. Es cierto que un concepto es lógico y el segundo es topológico. Un “clúster” son varios sectores considerados por el sistema operativo como un todo. ¿Por qué no abandonó el trabajo simple con sectores? Yo responderé. El cambio a clústeres se produjo porque el tamaño de la tabla FAT era limitado y el tamaño del disco aumentaba. En el caso de FAT16, para un disco de 512 MB, el clúster será de 8 KB, hasta 1 GB - 16 KB, hasta 2 GB - 32 KB, y así sucesivamente.

Para direccionar de forma única un bloque de datos, debe especificar los tres números (número de cilindro, número de sector en la pista, número de cabezal). Este método de direccionamiento de disco estaba muy extendido y posteriormente fue designado con la abreviatura CHS (cilindro, cabeza, sector). Fue este método el que se implementó originalmente en el BIOS, por lo que posteriormente surgieron limitaciones asociadas con él. El hecho es que el BIOS ha definido una cuadrícula de direcciones de bits de 63 sectores, 1024 cilindros y 255 cabezales. Sin embargo, el desarrollo de los discos duros en aquella época se limitaba al uso de sólo 16 cabezales debido a la complejidad de su fabricación. Aquí apareció la primera limitación en la capacidad máxima permitida del disco duro para direccionamiento: 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 MB.

Con el tiempo, los fabricantes empezaron a fabricar discos duros más grandes. En consecuencia, el número de cilindros superó los 1024, el número máximo permitido de cilindros (desde el punto de vista del BIOS antiguo). Sin embargo, la parte direccionable del disco permaneció igual a 504 MB, siempre que se accediera al disco mediante el BIOS. Esta limitación finalmente se eliminó mediante la introducción del llamado mecanismo de traducción de direcciones, que se analiza a continuación.

Los problemas que surgieron con las limitaciones del BIOS en términos de la geometría física de los discos finalmente llevaron al surgimiento de una nueva forma de direccionar los bloques en el disco. Este método es bastante sencillo. Los bloques de un disco se describen mediante un parámetro: la dirección lineal del bloque. El direccionamiento de disco recibió linealmente la abreviatura LBA (direccionamiento de bloque lógico). La dirección lineal de un bloque está asociada únicamente con su dirección CHS:

lba = (cilindro*CABEZAS + cabeza)*SECTORES + (sector-1);

La introducción del soporte para el direccionamiento lineal en los controladores de discos duros hizo posible que los BIOS realicen la traducción de direcciones. La esencia de este método es que si aumenta el parámetro HEADS en la fórmula anterior, se necesitarán menos cilindros para direccionar el mismo. número de bloques de disco, pero luego se necesitarán más cabezales. Sin embargo, solo se utilizaron 16 de 255 cabezales, por lo que los BIOS comenzaron a transferir el exceso de cilindros a los cabezales, reduciendo el número de algunos y aumentando el número de otros. Esto les permitió utilizar toda la rejilla de descarga de cabezales. Esto elevó el límite de espacio en disco direccionable por BIOS a 8 GB.

Es imposible no decir algunas palabras sobre el modo grande. Este modo de funcionamiento está diseñado para operar discos duros de hasta 1 GB. En modo grande, el número de cabezales lógicos aumenta a 32 y el número de cilindros lógicos se reduce a la mitad. En este caso, los accesos a los cabezales lógicos 0..F se traducen a cilindros físicos pares y los accesos a los cabezales 10..1F se traducen a cilindros impares. Un disco duro particionado en modo LBA no es compatible con el modo Grande y viceversa.

Un mayor aumento de la capacidad del disco direccionable utilizando los servicios BIOS anteriores se ha vuelto fundamentalmente imposible. De hecho, todos los parámetros se utilizan en la “barra” máxima (63 sectores, 1024 cilindros y 255 culatas). Luego se desarrolló una nueva interfaz BIOS ampliada, teniendo en cuenta la posibilidad de direcciones de bloque muy grandes. Sin embargo, esta interfaz ya no es compatible con la anterior, por lo que los sistemas operativos más antiguos, como DOS, que utilizan interfaces BIOS antiguas, no pudieron ni podrán superar el límite de 8 GB. Casi todos los sistemas modernos ya no usan BIOS, sino que usan sus propios controladores para trabajar con discos. Por lo tanto, esta restricción no se aplica a ellos, pero debe entenderse que antes de que el sistema pueda usar su propio controlador, al menos debe cargar. Por lo tanto, en la etapa de arranque inicial, cualquier sistema se ve obligado a utilizar el BIOS. Esto provoca restricciones en la ubicación de muchos sistemas de más de 8 GB; no pueden arrancar desde allí, pero pueden leer y escribir información (por ejemplo, DOS que funciona con el disco a través del BIOS).

4. Secciones o Particiones

Pasemos ahora a colocar sistemas operativos en discos duros. Para organizar los sistemas, el espacio de direcciones de disco de los bloques se divide en partes llamadas particiones. Las particiones son exactamente como un disco completo en el sentido de que están formadas por bloques contiguos. Gracias a esta organización, para describir un tramo basta con indicar el inicio del tramo y su longitud en bloques. Un disco duro puede contener cuatro particiones primarias.

Cuando la computadora arranca, el BIOS carga el primer sector de la partición principal (sector de arranque) en la dirección 0000h:7C00h y le transfiere el control. Al comienzo de este sector hay un gestor de arranque (código de arranque) que lee la tabla de particiones y determina la partición de arranque (activa). Y luego todo se repite. Es decir, carga el sector de arranque de esta partición en la misma dirección y le transfiere el control nuevamente.

Las secciones son contenedores de todo su contenido. Este contenido suele ser un sistema de archivos. Desde el punto de vista del disco, un sistema de archivos se refiere a un sistema para marcar bloques para almacenar archivos. Una vez que se ha creado un sistema de archivos en la partición y los archivos del sistema operativo están ubicados en él, la partición puede ser de arranque. La partición de arranque tiene en su primer bloque un pequeño programa que carga el sistema operativo. Sin embargo, para iniciar un sistema en particular, debe iniciar explícitamente su programa de inicio desde el primer bloque. Cómo sucede esto se discutirá a continuación.

Las particiones con sistemas de archivos no deben superponerse. Esto se debe a que dos sistemas de archivos diferentes tienen cada uno su propia idea de dónde se colocan los archivos, pero cuando esa ubicación cae en el mismo espacio físico del disco, se produce un conflicto entre los sistemas de archivos. Este conflicto no surge de inmediato, sino solo cuando los archivos comienzan a ubicarse en el lugar del disco donde se cruzan las particiones. Por lo tanto, debes tener cuidado al dividir el disco en particiones.

La intersección de tramos en sí no es peligrosa. Es peligroso colocar varios sistemas de archivos en particiones superpuestas. Particionar un disco no significa crear sistemas de archivos. Sin embargo, el solo intento de crear un sistema de archivos vacío (es decir, formatear) en una de las particiones que se cruzan puede provocar errores en el sistema de archivos de la otra partición. Todo lo anterior se aplica por igual a todos los sistemas operativos, y no sólo a los más populares.

El disco se particiona mediante programación. Es decir, puede crear una configuración de partición arbitraria. La información de partición del disco se almacena en el primer bloque del disco duro, llamado Master Boot Record (MBR).

5.MBR

MBR es la principal función de arranque del disco duro admitida por el BIOS. Para mayor claridad, presentemos el contenido del área de inicio en forma de diagrama:

Todo lo que se encuentra en el desplazamiento 01BEh-01FDh se llama tabla de particiones. Puedes ver que tiene cuatro secciones. Sólo una de las cuatro particiones tiene derecho a ser marcada como activa, lo que significará que el programa de arranque debe cargar el primer sector de esa partición en particular en la memoria y transferir el control allí. Los dos últimos bytes del MBR deben contener el número 0xAA55. Según la presencia de esta firma, el BIOS verifica que el primer bloque se haya cargado correctamente. Esta firma no fue elegida por casualidad. Una prueba exitosa de esto establecerá que todas las líneas de datos pueden contener ceros y unos.

El programa de arranque busca en la tabla de particiones, selecciona la activa, carga el primer bloque de esta partición y transfiere el control allí.

Veamos cómo funciona el descriptor de sección:

* 0001h-0003h inicio de tramo
** 0005h-0007h fin de sección

Desde el punto de vista de las particiones de disco, MS-DOS ha sido y sigue siendo el más popular hasta hace poco. Se hace cargo de dos de las cuatro particiones: partición primaria de DOS, partición extendida de DOS. El primero de ellos (primario) es una unidad C: normal de DOS. El segundo es un contenedor de unidades lógicas. Todos ellos se encuentran allí en forma de una cadena de subparticiones, que se denominan: D:, E:, ... Las unidades lógicas también pueden tener sistemas de archivos externos distintos del sistema de archivos DOS. Sin embargo, como regla general, la extrañeza del sistema de archivos se debe a la presencia de otro sistema operativo, que, en términos generales, debe colocarse en su propia partición (no en DOS extendido), pero la tabla de particiones suele ser demasiado pequeña para tal engaños.

Notemos una circunstancia más importante. Cuando DOS se instala en un disco duro vacío, no hay alternativas a la hora de elegir el sistema operativo en el arranque. Por lo tanto, el gestor de arranque parece muy primitivo; no necesita preguntar al usuario qué sistema quiere arrancar. Si se desea tener varios sistemas a la vez, es necesario crear un programa que le permita seleccionar un sistema para iniciar.

6. Conclusión

Espero haber podido brindarle información básica suficientemente clara y detallada sobre el dispositivo de disco duro, MBR y PT. En mi opinión, ese conjunto de conocimientos es suficiente para "reparaciones" menores del almacenamiento de información. En el próximo artículo, le contaré sobre los programas llamados Boot Manager y los principios de su funcionamiento.

Muchas gracias por su ayuda a Vladimir Dashevsky.

El propósito de este artículo es describir la estructura de un disco duro moderno, hablar sobre sus componentes principales, mostrar cómo se ven y cómo se llaman. Además, mostraremos la relación entre la terminología rusa e inglesa que describe los componentes de los discos duros.

Para mayor claridad, veamos una unidad SATA de 3,5 pulgadas. Este será un terabyte Seagate ST31000333AS completamente nuevo. Examinemos nuestro conejillo de indias.

La PCB verde con trazas de cobre, conectores de alimentación y SATA se denomina placa electrónica o placa de control (Printed Circuit Board, PCB). Se utiliza para controlar el funcionamiento del disco duro. La caja de aluminio negro y su contenido se denominan HDA (Head and Disk Assembly, HDA); El estuche en sí sin contenido también se llama bloque hermético (base).

Ahora retiremos la placa de circuito impreso y examinemos los componentes colocados en ella.

Lo primero que llama la atención es el chip grande ubicado en el medio: el microcontrolador o procesador (Micro Controller Unit, MCU). En los discos duros modernos, el microcontrolador consta de dos partes: la unidad de procesamiento central (CPU), que realiza todos los cálculos, y el canal de lectura/escritura, un dispositivo especial que convierte la señal analógica proveniente de los cabezales en datos digitales durante una lectura. operación y codifica datos digitales en una señal analógica durante la escritura. El procesador tiene puertos de entrada/salida (puertos IO) para controlar otros componentes ubicados en la placa de circuito impreso y transmitir datos a través de la interfaz SATA.

El chip de memoria es una memoria DDR SDRAM normal. La cantidad de memoria determina el tamaño de la caché del disco duro. Esta placa de circuito impreso tiene instalados 32 MB de memoria Samsung DDR, lo que en teoría le da al disco un caché de 32 MB (y esta es exactamente la cantidad que figura en las especificaciones técnicas del disco duro), pero esto no es del todo cierto. El hecho es que la memoria se divide lógicamente en memoria intermedia (caché) y memoria de firmware. El procesador requiere una cierta cantidad de memoria para cargar módulos de firmware. Hasta donde sabemos, sólo Hitachi/IBM indican el tamaño real de la caché en las especificaciones técnicas; En cuanto a otros discos, sólo se puede adivinar el tamaño de la caché.

El siguiente chip es el controlador de control del motor y la unidad principal, o "giro" (controlador del motor de bobina móvil, controlador VCM). Además, este chip controla las fuentes de alimentación secundarias ubicadas en la placa, que alimentan el procesador y el chip del interruptor de preamplificador (preamplificador, preamplificador), ubicado en el HDA. Este es el principal consumidor de energía en la placa de circuito impreso. Controla la rotación del husillo y el movimiento de los cabezales. El núcleo del controlador VCM puede funcionar incluso a temperaturas de 100° C. Parte del firmware del disco se almacena en la memoria flash. Cuando se aplica energía al disco, el microcontrolador carga el contenido del chip flash en la memoria y comienza a ejecutar el código. Sin el código cargado correctamente, el disco ni siquiera querrá girar. Si no hay un chip flash en la placa, significa que está integrado en el microcontrolador.

El sensor de vibración (sensor de impacto) reacciona ante sacudidas peligrosas para el disco y envía una señal al controlador VCM. El VCM estaciona inmediatamente los cabezales y puede detener el giro del disco. En teoría, este mecanismo debería proteger el disco de daños mayores, pero en la práctica no funciona, así que no dejes caer los discos. En algunas unidades, el sensor de vibración es muy sensible y responde a la más mínima vibración. Los datos recibidos del sensor permiten que el controlador VCM corrija el movimiento de los cabezales. En dichos discos se instalan al menos dos sensores de vibración.

La placa tiene otro dispositivo de protección: una supresión de voltaje transitorio (TVS). Protege la placa de sobretensiones. Cuando hay una subida de tensión, el televisor se quema, creando un cortocircuito a tierra. Esta placa tiene dos TVS, de 5 y 12 voltios.

Ahora veamos el HDA.

Debajo del tablero se encuentran los contactos para el motor y los cabezales. Además, en el cuerpo del disco hay un pequeño orificio casi invisible (orificio para respirar). Sirve para igualar la presión. Mucha gente cree que hay un vacío dentro del disco duro. En realidad esto no es cierto. Este orificio permite que el disco iguale la presión dentro y fuera del área de contención. En el interior, este orificio está cubierto con un filtro de aire que atrapa el polvo y las partículas de humedad.

Ahora echemos un vistazo al interior de la zona de contención. Retire la cubierta del disco.

La tapa en sí no es nada interesante. Es sólo una pieza de metal con una junta de goma para evitar la entrada de polvo. Finalmente, veamos el llenado de la zona de contención.

La información valiosa se almacena en discos de metal, también llamados platos. En la foto puedes ver el panqueque superior. Las placas están hechas de aluminio pulido o vidrio y están recubiertas con varias capas de diferentes composiciones, incluida una sustancia ferromagnética en la que se almacenan los datos. Entre los panqueques, así como encima de ellos, vemos placas especiales llamadas divisores o separadores. Son necesarios para igualar los flujos de aire y reducir el ruido acústico. Generalmente están hechos de aluminio o plástico. Los separadores de aluminio logran enfriar mejor el aire dentro de la zona de contención.

Vista lateral de panqueques y separadores.

Los cabezales de lectura y escritura (heads) se instalan en los extremos de los soportes de la unidad del cabezal magnético, o HSA (Head Stack Assembly). La zona de preparación es el área donde deben estar las cabezas de un disco de trabajo si el husillo está parado. En este disco la zona de preparación se sitúa más cerca del husillo, como se puede observar en la fotografía.

En algunas unidades, el estacionamiento se realiza en áreas especiales de preparación de plástico ubicadas fuera de las placas.

El disco duro es un mecanismo de posicionamiento de precisión y requiere aire muy limpio para funcionar correctamente. Durante el uso, se pueden formar partículas microscópicas de metal y grasa dentro del disco duro. Para limpiar inmediatamente el aire dentro del disco, existe un filtro de recirculación. Se trata de un dispositivo de alta tecnología que recoge y atrapa constantemente partículas diminutas. El filtro está ubicado en el camino de los flujos de aire creado por la rotación de las placas.

Ahora quitemos el imán superior y veamos qué se esconde debajo.

Los discos duros utilizan imanes de neodimio muy potentes. Estos imanes son tan poderosos que pueden levantar hasta 1300 veces su propio peso. Por lo tanto, no coloque el dedo entre el imán y el metal u otro imán; el golpe será muy sensible. Esta foto muestra los limitadores BMG. Su tarea es limitar el movimiento de los cabezales, dejándolos en la superficie de las placas. Los limitadores BMG de diferentes modelos tienen un diseño diferente, pero siempre hay dos y se utilizan en todos los discos duros modernos. En nuestro disco, el segundo limitador está ubicado en el imán inferior.

Esto es lo que puedes ver allí.

También vemos aquí una bobina móvil, que forma parte de la unidad principal magnética. La bobina y los imanes forman el motor VCM (Motor de bobina móvil, VCM). El accionamiento y el bloque de cabezales magnéticos forman un posicionador (actuador), un dispositivo que mueve los cabezales. La pieza de plástico negro con una forma compleja se llama pestillo del actuador. Este es un mecanismo de protección que libera el BMG después de que el motor del husillo alcanza un cierto número de revoluciones. Esto sucede debido a la presión del flujo de aire. El retenedor protege las cabezas de movimientos no deseados en la posición de preparación.

Ahora retiremos el bloque del cabezal magnético.

La precisión y el movimiento suave del BMG están respaldados por un rodamiento de precisión. La parte más grande del BMG, hecha de aleación de aluminio, generalmente se llama soporte o balancín (brazo). Al final del balancín hay cabezas sobre una suspensión de resorte (Heads Gimbal Assembly, HGA). Por lo general, los cabezales y los balancines los suministran diferentes fabricantes. Un cable flexible (Circuito Impreso Flexible, FPC) va al pad que se conecta al tablero de control.

Echemos un vistazo más de cerca a los componentes del BMG.

Una bobina conectada a un cable.

Cojinete.

La siguiente foto muestra los contactos de BMG.

La junta garantiza la estanqueidad de la conexión. Por lo tanto, el aire sólo puede entrar en la unidad con discos y cabezales a través del orificio de compensación de presión. Este disco tiene contactos recubiertos con una fina capa de oro para mejorar la conductividad.

Este es un diseño rockero clásico.

Las pequeñas partes negras en los extremos de los ganchos de resorte se llaman controles deslizantes. Muchas fuentes indican que los controles deslizantes y los cabezales son lo mismo. De hecho, el control deslizante ayuda a leer y escribir información levantando la cabeza por encima de la superficie de los panqueques. En los discos duros modernos, los cabezales se mueven a una distancia de 5 a 10 nanómetros de la superficie de los panqueques. A modo de comparación, un cabello humano tiene un diámetro de unos 25.000 nanómetros. Si alguna partícula se mete debajo del control deslizante, esto puede provocar un sobrecalentamiento de los cabezales debido a la fricción y su falla, por lo que es tan importante la limpieza del aire dentro del área de contención. Los elementos de lectura y escritura se encuentran al final del control deslizante. Son tan pequeños que sólo pueden verse con un buen microscopio.

Como puede ver, la superficie del control deslizante no es plana, tiene ranuras aerodinámicas. Ayudan a estabilizar la altitud de vuelo del control deslizante. El aire debajo del control deslizante forma un colchón de aire (Air Bearing Surface, ABS). El colchón de aire mantiene el vuelo del control deslizante casi paralelo a la superficie del panqueque.

Aquí hay otra imagen del control deslizante.

Los contactos de la cabeza son claramente visibles aquí.

Esta es otra parte importante del BMG que aún no se ha discutido. Se llama preamplificador (preamplificador). Un preamplificador es un chip que controla los cabezales y amplifica la señal que llega o sale de ellos.

El preamplificador se coloca directamente en el BMG por una razón muy sencilla: la señal procedente de los cabezales es muy débil. En los discos modernos tiene una frecuencia de aproximadamente 1 GHz. Si mueve el preamplificador fuera de la zona hermética, una señal tan débil se atenuará considerablemente en el camino hacia el tablero de control.

Hay más pistas que van desde el preamplificador a los cabezales (a la derecha) que al área de contención (a la izquierda). El caso es que un disco duro no puede funcionar simultáneamente con más de un cabezal (un par de elementos de escritura y lectura). El disco duro envía señales al preamplificador y este selecciona el cabezal al que accede actualmente el disco duro. Este disco duro tiene seis pistas que conducen a cada cabezal. ¿Por qué tantos? Una pista está rectificada, dos más son para elementos de lectura y escritura. Las dos pistas siguientes son para controlar minivariadores, dispositivos piezoeléctricos o magnéticos especiales que pueden mover o girar el control deslizante. Esto ayuda a establecer con mayor precisión la posición de los cabezales sobre la pista. El último camino conduce al calentador. El calentador se utiliza para regular la altitud de vuelo de las cabezas. El calentador transfiere calor a la suspensión que conecta el control deslizante y el balancín. La suspensión está hecha de dos aleaciones con diferentes características de expansión térmica. Cuando se calienta, la suspensión se dobla hacia la superficie del panqueque, reduciendo así la altura de vuelo de la cabeza. Cuando se enfría, el cardán se endereza.

Ya basta de cabezales, desmontemos más el disco. Retire el separador superior.

Así es como se ve.

En la siguiente foto se ve el área de contención sin el separador superior y el bloque principal.

El imán inferior se hizo visible.

Ahora el anillo de sujeción (abrazadera de platos).

Este anillo mantiene unido el bloque de placas, evitando que se muevan entre sí.

Los panqueques se ensartan en un eje.

Ahora que nada sujeta los panqueques, retira la parte superior del panqueque. Eso es lo que hay debajo.

Ahora está claro cómo se crea el espacio para las cabezas: entre los panqueques hay anillos espaciadores. La foto muestra el segundo panqueque y el segundo separador.

El anillo espaciador es una pieza de alta precisión hecha de una aleación o polímeros no magnéticos. Quitémoslo.

Saquemos todo lo demás del disco para inspeccionar la parte inferior del bloque hermético.

Así es como se ve el orificio de compensación de presión. Está ubicado directamente debajo del filtro de aire. Echemos un vistazo más de cerca al filtro.

Dado que el aire procedente del exterior contiene necesariamente polvo, el filtro tiene varias capas. Es mucho más grueso que el filtro de circulación. En ocasiones contiene partículas de gel de sílice para combatir la humedad del aire.

¡Saludos amigos!

Hoy hablaremos de un disco duro. ¡Rara vez un usuario de computadora no ha oído hablar de él!

Un disco duro, también conocido como HDD (Hard Disk Drive), es un dispositivo para almacenar información.

HDD obtuvo su nombre en jerga del famoso rifle con el que los hombres blancos conquistaron América. Uno de los primeros modelos de discos duros recibió la denominación "30/30", que coincidía con el calibre de esta arma de fuego.

A continuación hablaremos de los discos duros de las computadoras.

¿Cómo funciona el disco duro de una computadora?

Veremos cómo se triplica el disco duro tradicional (electromecánico) utilizado en los ordenadores personales. Se basa en uno o más discos de información. Los primeros modelos de disco duro utilizaban discos de aluminio.

Pero esos primeros modelos eran de gran tamaño y pequeña capacidad.

Disquetes y discos duros

Esos "tornillos" (otro término del argot) tenían el tamaño físico y la capacidad de aproximadamente el tamaño de una unidad de disquete de 5,25 pulgadas. En los albores de la industria informática, los datos se almacenaban en disquetes (5,25 y 3,5 pulgadas).

La unidad para leer y escribir dichos discos se llamó FDD (Unidad de disquete).

Estos discos estaban hechos de una pieza redonda de plástico con un revestimiento ferromagnético aplicado en ambos lados. Eran delgados y flexibles, de ahí el nombre del disco. Para protegerlos de las influencias externas, estos discos se colocaron en una caja de plástico cuadrada.

Los discos HDD tienen una estructura similar, pero son más gruesos y no se doblan, lo que se refleja en el nombre. Se aplica una fina capa ferromagnética de óxidos metálicos a dicho disco mediante una centrífuga. Los datos se escriben y leen mediante cabezales magnéticos.

Durante la grabación, se envía una señal de información al cabezal magnético, que cambia la orientación de los dominios (partículas ferromagnéticas) en la capa ferromagnética.

Al leer, las áreas magnetizadas inducen corriente en el cabezal, que luego es procesada por el circuito de control (controlador). Los requisitos de velocidad y volumen de datos aumentan constantemente. Las mejores mentes del mundo fueron enviadas a esta zona. Y los discos duros, como el resto del hardware informático, se mejoraron continuamente.

Los discos comenzaron a fabricarse a partir de vidrio y vitrocerámica. Esto permitió reducir su peso, grosor y aumentar la velocidad de rotación.

¡La velocidad de rotación del disco aumentó de 3600 rpm a 5400, 7200 y luego a 10 000 e incluso 15 000 rpm! A modo de comparación, digamos que la velocidad de rotación del disco en FDD fue de 360 rpm.

Cuanto mayor sea la velocidad de rotación, más rápido se leerán los datos.

capa ferromagnética

Se puede aplicar una capa ferromagnética a la superficie de los discos de dos formas: por deposición galvánica y por deposición al vacío. En el primer caso, el disco se sumerge en una solución de sales metálicas y sobre él se deposita una fina película de metal (cobalto).

En la deposición al vacío, el disco se coloca en una cámara sellada, se bombea el aire fuera de ella y las partículas metálicas se depositan mediante una descarga eléctrica.

Se aplica una capa protectora de carbono encima de la capa magnética. Protege la fina capa magnética de la destrucción (y pérdida de información) en caso de posible contacto con la cabeza.

Un disco duro puede tener un disco físico o varios. En este último caso, los discos se ensamblan en una sola estructura y giran sincrónicamente. Cada disco tiene dos lados con una capa ferromagnética, los datos son leídos por dos cabezales diferentes (ubicados en la parte superior e inferior).

Los cabezales también están ensamblados en una única estructura y se mueven de forma sincrónica.

El mecanismo para mover los cabezales contiene una bobina de alambre y un imán permanente fijo. Cuando se aplica corriente a la bobina, se genera en ella un campo magnético que interactúa con el imán. La fuerza resultante mueve la bobina con toda la parte móvil del mecanismo (y también los cabezales).

El mecanismo contiene un resorte que, en ausencia de energía, mueve los cabezales a su posición original. (zona de aparcamiento). Esto protege los cabezales y los discos contra daños.

Tenga en cuenta que los pequeños imanes de neodimio que crean un campo magnético constante son muy fuertes.

En condiciones de funcionamiento, los discos giran a una velocidad constante y los cabezales "flotan" sobre el disco. Durante la rotación, se produce un flujo aerodinámico que eleva las cabezas. A medida que la tecnología mejora, la distancia entre los cabezales y el disco disminuye.

¡Hasta la fecha se ha llevado a varias decenas de nanómetros!

Reducir la distancia le permite aumentar la densidad de grabación de información. De esta manera, se puede comprimir más información en la misma cantidad de espacio.

Leer y escribir cabezas.

Uso de discos duros modernos cabezas magnetorresistivas.

El cristal del magnetorresistor puede cambiar su resistencia dependiendo de la magnitud y dirección del campo magnético. A medida que el cabezal pasa por áreas con diferente magnetización, su resistencia cambia, lo que es detectado por el circuito de control.

El cabezal del disco duro contiene, de hecho, dos cabezales: lectura y escritura. El cabezal de grabación funciona según el mismo principio que el cabezal de las grabadoras más antiguas, que utilizaban casetes de cinta magnética.

Contiene un núcleo abierto, en cuyo espacio se crea un campo magnético que cambia la orientación de los dominios magnéticos en la superficie del disco. El “enrollamiento” del cabezal se imprime mediante fotolitografía.

Husillo y HDA

El motor de accionamiento principal (husillo), que hace girar el disco, contiene cojinete hidrodinámico. Se diferencia de un rodamiento de bolas en que tiene un descentramiento radial mucho menor.

En los discos duros modernos, la densidad de grabación de información es muy alta, las pistas están ubicadas muy cerca unas de otras.

Una gran desviación radial no permitiría aumentar la densidad de grabación o (con una disminución en la distancia entre pistas) el cabezal "saltaría" a lo largo de las pistas adyacentes durante una revolución. Un cojinete hidrodinámico contiene una fina capa de lubricante entre las partes móviles y estacionarias.

En conclusión, decimos que el husillo, los discos y el cabezal con accionamiento se colocan en un compartimento separado. Los primeros modelos de discos duros contenían compartimentos con fugas equipados con un filtro con celdas muy pequeñas para igualar la presión.

Luego aparecieron compartimentos sellados, en los que había un agujero cerrado con una membrana flexible. La membrana se puede doblar en ambas direcciones, compensando con los cabezales la diferencia de presión del aire dentro y fuera del compartimento.

En la siguiente parte del artículo continuaremos conociendo cómo está diseñado y funciona el disco duro.

Víctor Geronda estaba contigo. ¡Nos vemos en el blog!

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