1. Introducción

El disco duro es la memoria secundaria de un ordenador, en él es donde se van a almacenar de manera permanente los datos, es mucho más lenta que la memoria principal (la RAM) pero tiene mucha más capacidad por lo que permite almacenar grandes cantidades de datos.

El uso del disco duro como unidad de almacenamiento principal tiene ya los días contados. Con la aparición de los rapidísimos SSD, los HDD han sido relegados a un segundo plano, aunque no por ello son menos importantes, ya que son ideales para almacenamiento masivo. 

Una unidad de disco duro es un dispositivo de almacenamiento de datos formado por numerosas partes mecánicas por medio de las cuales se puede leer o escribir información utilizando un medio magnético.

El disco duro es uno de los componentes internos de una computadora personal que necesita especial cuidado tanto durante su uso como durante su elección. 

2. Componentes internos

Componentes internos de un disco duro

El nombre de disco duro proviene del inglés Hard Disk Drive, o HDD siglas por las que todos conocemos esta unidad de almacenamiento y que además es la forma más clara de diferenciarlo de un SSD (Solic Disk Drive).

El cometido de un disco duro no es otro que el de ser el aprovisionamiento de nuestro equipo, el lugar en donde se almacenan todos los archivos, los programas y en donde está instalado el sistema operativo. Por ello se denomina también almacenamiento principal, que a diferencia de la memoria RAM mantiene los archivos en su interior aún sin energía eléctrica.

Mientras que los SSD están íntegramente formados por componentes electrónicos y almacenan la información en chip formados por puertas NAND, los discos duros tienen partes mecánicas. En ellos, una serie de discos giran a gran velocidad para que, mediante unos cabezales magnéticos se grave, lea y borre la información en ellos. Vamos a ver los principales elementos que forman parte de un disco duro.

Platos

Será el lugar donde se guarda la información. Están instalados en forma horizontal y cada plato consta de dos caras o superficies de grabación magnetizadas. Estos normalmente están construidos en metal o cristal. Para almacenar la información en ellos disponen de celdas en donde es posible magnetizarlas de forma positiva o negativa (1 o 0). El acabado de ellos es exactamente igual que un espejo, en ellos se almacena una inmensa cantidad de datos y la superficie debe ser perfecta.

Cabezales de lectura

El segundo elemento más importante son los cabezales de lectura, que tenemos uno por cada cara o superficie de grabación. Estos cabezales realmente no hacen contacto con los platos, por lo que no existe un desgaste de los mismos. Cuando los platos giran, se crea una fina película de aire que impide el contado entre ello y la cabeza lectora (aproximadamente 3 nm de separación). Esa es una de las principales ventajas respecto a los SSD, cuyas celdas sí se degradan con los borrados y escrituras.

Motores

Hemos visto la presencia de muchos elementos mecánicos dentro de un disco duro, pero el que más lo demuestra es la presencia de motores. Salvo los ventiladores, es el único elemento de este tipo en un PC, y la principal fuente de lentitud de los discos duros. El motor hace girar los platos a una determinada velocidad, podrá ser de 5.400 RPM, 7.200 o 10.000 RPM para los más rápidos. Mientras no se alcance esa velocidad, no se podrá interactuar con los discos, y es una gran fuente de lentitud.

A esto le sumamos el motor o mejor dicho el electroimán que hace mover los cabezales de lectura para situarse en el sito en donde está el dato. Esto también conlleva tiempo, siendo una fuente más de lentitud.

Caché

Al menos las unidades actuales tienen un chip de memoria integrada en el circuito electrónico. Éste hace las veces de puente de intercambio de información desde los platos físicos hasta la memoria RAM. Es como un búfer dinámico para aligerar el acceso a la información física y suele ser de 64 MB.

Encapsulado

El encapsulado es algo muy importante para un HDD, ya que, a diferencia de los SSD, el interior debe estar completamente presurizado para que no entre ni una sola mota de polvo. Tengamos en cuenta que los platos giran a una enorme velocidad, y la aguja de los cabezales tan solo mide unos micrómetros. Cualquier elemento sólido, por minúsculo que sea puede provocar daños irreversibles a la unidad.

Conexiones

Para finalizar tenemos todo el set de conexiones en la parte de atrás del encapsulado, que se compone de un conector SATA de energía y otro para datos. Anteriormente, los discos duros IDE tenían también un panel para seleccionar el modo de funcionamiento, en esclavo o maestro si los discos compartían bus, pero ahora cada unidad se conecta a un puerto independiente dentro de la placa base.

3. Estructura de un disco rígido

La estructura de un disco duro

Un disco rígido no está compuesto por un solo disco, sino por varios discos rígidos que pueden ser de metal, vidrio o cerámica, apilados muy juntos entre sí y llamados platos.

Los discos giran rápidamente alrededor de un eje (en realidad, a varios miles de revoluciones por minuto) en sentido contrario a las agujas de un reloj. El ordenador funciona en modo binario, lo cual significa que los datos se almacenan en forma de ceros y unos (denominados bits). Los discos rígidos contienen millones de estos bits, almacenados muy próximos unos de otros en una delgada capa magnética de unos pocos micrones de espesor, recubierta a su vez por una película protectora.

Estos datos pueden leerse y escribirse por medio de cabezales de lectura ubicados a ambos lados de los platos. Estos cabezales son electroimanes que suben y bajan para leer la información o bien escribirla. Los cabezales de lectura se encuentran a solo unos micrones de la superficie, separados por una capa de aire creada por la rotación de los discos, que genera una rotación de aproximadamente 250 km/h (150 mph). Más aún, estos cabezales son móviles y pueden mover hacia los laterales para que las cabezas puedan barrer toda la superficie.

Sin embargo, los cabezales se encuentran unidos entre sí y solamente uno de ellos puede leer o escribir en un momento preciso. Se utiliza el término cilindro para hacer referencia a todos los datos almacenados verticalmente en cada uno de los discos.

El mecanismo completo de precisión se encuentra dentro de una caja totalmente hermética, debido a que la más mínima partícula puede degradar la superficie del disco. Es por esta razón que los discos rígidos están sellados y muestran la advertencia "Garantía nula si se extrae", ya que únicamente los fabricantes de discos rígidos pueden abrirlos (en salas limpias libres de partículas).

4. Como funciona un HDD

Cómo funciona un disco duro

Se dice que los cabezales de lectura/escritura son "inductivos", lo que significa que pueden generar un campo magnético. Esto es de especial importancia en el momento de la escritura: Los cabezales, al crear campos positivos o negativos, tienden a polarizar la superficie del disco en un área muy diminuta, de modo tal que cuando luego se leen, la inversión de polaridad procede a completar el circuito con el cabezal de lectura. Estos campos luego son transformados mediante un conversor analógico-digital (CAD) en 0 o 1 para que el ordenador los pueda comprender.

Los cabezales comienzan a escribir datos comenzando desde el borde del disco (pista 0) y avanzando hacia el centro. Los datos se organizan en círculos concéntricos denominados pistas, creadas por un formateo de bajo nivel. Estas pistas están separadas en zonas (entre dos radios) llamadas sectores, que contienen los datos (por lo menos 512 octetos por sector).

El término cilindro hace referencia a todos los datos que se encuentran en la misma pista de distintos platos (es decir, sobre y debajo de cada uno de ellos), ya que esto constituye un "cilindro" de datos.

Finalmente, el término clúster (también llamado unidad de asignación) se refiere al área mínima que puede ocupar un archivo dentro del disco rígido. Un sistema operativo utiliza bloques, que son en realidad grupos de sectores (entre 1 y 16 sectores). Un archivo pequeño puede llegar a ocupar múltiples sectores (un clúster).

En los discos rígidos antiguos, el direccionamiento solía realizarse manualmente, mediante la definición de la posición de los datos desde las coordenadas Cilindro/Cabezal/Sector (CHS).

5. Factor forma

Además de la capacidad del disco duro y del conector, hay que tener en cuenta el tamaño físico que ocupa en nuestro ordenador, ya que es ahí donde vamos a tener que colocarlo.

Los tamaños de los discos duros (Factores de forma) mas comunes son dos:

-Discos duros de 2,5 pulgadas: Son discos duros que debido a su reducido tamaño son usados en portátiles, ya que los discos duros de 3,5 pulgadas son demasiado grandes.

-Discos duros de 3,5 pulgadas: Son los discos duros usados comúnmente en los ordenadores de sobremesa. Como en una caja de un ordenador de sobremesa el espacio que ocupe sus componentes es menos importante que en un portátil, se pueden usar ambos tamaños sin problema (2.5, 3.5).

6. Tipos de interfaces

Tipos de interfaces de unidad de discos duros

Los discos duros que se conectan en el interior de la PC utilizan interfaces para conectar el disco a la computadora. Las interfaces de unidades de discos duros más comunes son:

IDE: la interfaz electrónica integrada de unidades o conexión de tecnología avanzada (ATA) es por donde se conectan los discos duros internos a las PC utilizando un conector de 40 pines.

EIDE: es la interfaz IDE mejorada o ATA-2, es una versión actualizada de la interfaz IDE y utiliza un conector de 40 pines.

PATA: la interfaz ATA paralela es la versión paralela de la interfaz ATA.

SATA: la interfaz ATA serie es la versión serie de la interfaz ATA y utiliza un conector de 7 pines.

eSATA: la interfaz ATA serie externa es una interfaz externa que permite el intercambio en caliente de las unidades SATA y utiliza un conector de 7 pines.

SCSI: la interfaz de sistema para pequeñas computadoras puede conectar hasta 15 unidades y utiliza un conector de 25 pines, 50 pines o 68 pines.

Los discos duros se conectan a una PC utilizando un cable de alimentación y un cable de datos. Algunos de los cables de datos más comunes son cable de datos PATA (IDE/EIDE) de 40 conductores, cable de datos PATA (EIDE) de 80 conductores, cable de datos SATA, cable de datos SCSI.