Fundamentos de Discos Duros y Ópticos: Estructura, Operación y Parámetros Clave

Discos de Almacenamiento: Funcionamiento y Tecnología

Este documento explora los principios fundamentales, componentes y características de rendimiento de los dispositivos de almacenamiento digital, tanto discos duros como discos ópticos.

Mecánica del Disco Duro

Físicamente, el disco duro está formado por una serie de «platos» o discos rígidos atravesados por un eje que es movido por un motor eléctrico. El sistema dispone de un brazo articulado movido por otro motor que permite desplazar el cabezal lector y grabador a través de toda la superficie del disco. De hecho, existe un cabezal de lectura y grabación para cada uno de los platos y caras de este, aunque todas ellas se mueven y posicionan a la vez, ya que están sujetas entre sí de forma solidaria.

Tecnología S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T., acrónimo de Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology, es una tecnología que intenta prevenir los problemas antes de que aparezcan. Esta tecnología se implanta en los discos duros para que avise antes de que se puedan perder los datos almacenados. Se encarga de monitorizar el número de sectores erróneos, la altura del cabezal, el número de errores ECC, la velocidad de giro, la temperatura y la tasa de transferencia.

Parámetros de Rendimiento de Discos Duros

Velocidad de Rotación (Spindle Speed)

Esta velocidad se mide en RPM (revoluciones por minuto). Una alta velocidad de rotación provocará que los cabezales se desplacen más deprisa sobre la superficie del plato y, por lo tanto, que sean capaces de leer una mayor cantidad de datos. Sin embargo, este factor debe tomarse en consideración junto con la densidad de grabación, ya que una baja densidad de grabación puede hacer que un disco que gire a mucha velocidad sea más lento suministrando datos que otro con una mayor densidad de grabación y menor velocidad de giro.

Velocidad de Búsqueda (Seek Time)

La velocidad de búsqueda es otro de los parámetros que atañe a las prestaciones de un disco y mide el tiempo que tarda el cabezal en desplazarse de una pista a otra.

Latencia

Una vez el cabezal está posicionado en la pista a la que necesita acceder para efectuar una operación de lectura o de grabación, es necesario esperar hasta que el sector correspondiente se encuentre situado justo debajo de este. Este tiempo de espera es el que se denomina latencia y está directamente relacionado con la velocidad de rotación. Normalmente se expresa el tiempo medio en milisegundos.

Tasa de Transferencia Sostenida

Este valor indica la velocidad a la que el disco es capaz de transferir los datos cuando estos se encuentran contiguos. Se mide en GB/s y es especialmente importante cuando se trata de almacenar archivos de gran tamaño.

Densidad de Grabación

Indica la cantidad de datos (bits) que pueden almacenarse en una determinada superficie. Habitualmente suele expresarse en GB por pulgada cuadrada.

Memoria Caché

La memoria caché integrada en la electrónica del disco es importante para optimizar los accesos al mismo y agilizar el acceso a los datos. Una de sus funciones es almacenar los últimos datos que llegan desde los cabezales para poder servirlos de forma rápida si son requeridos de nuevo.

Componentes Físicos del Disco Duro

• Platos: Guardan la información.
• Brazo: Donde se encuentran los cabezales.
• Motores: De desplazamiento del brazo y de rotación de los platos.
• Carcasa: Contiene los conectores de alimentación y datos.
• Circuito Integrado: Contiene el búfer (memoria caché) y la lógica de control.

Componentes Lógicos del Disco Duro

• Plato: Nivel más alto de organización lógica, aunque también es un componente físico.
• Cilindro: Conjunto de pistas alineadas verticalmente en todos los platos.
• Pista: Círculo concéntrico en la superficie de un plato.
• Sector: Partes en que se divide una pista. Es la unidad mínima de almacenamiento.
• Clúster: Conjunto de sectores. Es la unidad mínima de asignación de espacio en disco por el sistema operativo.

Proceso de Lectura en un Disco Duro

El disco duro manda un impulso eléctrico al electroimán del cabezal de lectura/escritura y orienta las partículas magnéticas del plato en una dirección u otra para representar los datos.

Proceso de Grabación en Discos Ópticos

El láser quema la superficie del disco creando pits (depresiones), y la superficie que queda sin quemar se denomina land (zonas planas). La alternancia de pits y lands representa la información binaria.

Comparativa de Discos Ópticos: CD, DVD y Blu-ray

• CD (Compact Disc): Utiliza un láser rojo. Capacidad aproximada de 700 MB.
• DVD (Digital Versatile Disc): Utiliza un láser infrarrojo. Capacidad de hasta 14.7 GB (para formatos de doble capa y doble cara).
• Blu-ray Disc (BD): Utiliza un láser azul. Su capacidad estándar es de 25 GB por capa, y aún no ha llegado a su límite teórico de capacidad.