Arquitectura y funcionamiento de un disco duro

Mucha gente cuando se imagina un ordenador personal, piensa casi siempre en la CPU, en la memoria, en chips gráficos, pero casi siempre se olvidan de esa pieza que gira a 15000 revoluciones por minuto y que es capaz de guardar millones de bits.

Este componente se llama disco duro, o hard drive en ingles, y generalmente abreviado HD o HDD. 

En un disco duro más estándar, que gira a 7200 RPM, un punto de la pista externa se está moviendo cerca a las 48 millas por hora. Esto significa que el borde del eje ha viajado sobre 384 millas en un día normal de trabajo.

Pero esa no es la parte más asombrosa. Cada disco duro consiste en uno o más discos/platos, llamados substratos, fabricados normalmente por cristal muy fino (en algunos casos de metal o cerámica). No estamos hablando del cristal de una ventana, sino de un cristal formulado o compuesto que se pule y está cubierto de una capa delgada de material magnético. El disco puede registrar datos por ambos lados del plato/disco orientando dominios magnéticos dentro del material. Una dirección representa un 1 digital y la otra un 0. Los discos modernos de alta capacidad, la orientación magnética del dominio es a menudo vertical (señalando por arriba o por abajo).

Cabezal Disco Duro

La clave de que puedan registrar los datos en estos platos/discos es debido a los cabezales. Mientras el material que compone los platos/discos y los soportes magnéticos son bastante importantes, las funciones de lectura y escritura son dirigidas por los cabezales montados sobre unos brazos que les permiten acceder a cualquier parte magnética del disco. Estos cabezales «vuelan» apenas un micrón sobre la superficie del plato/disco (para que os hagáis una idea de esto, un pelo humano tiene un grosor de 200 micrones de diámetro). Tened en cuenta que el plato/disco se está moviendo debajo del cabezal a 7200 RPM. Puesto que los discos duros actuales pueden tener hasta cinco platos/discos, cada uno con dos superficies de grabación (llamadas caras), por lo que tienes hasta diez cabezales que cada uno de ellas apunta a su propia superficie. Los cabezales múltiples son parte de un solo mecanismo que los hacen más fáciles de controlar al no poderse mover independientemente.

La extremidad del encabezado contiene un elemento escritor inductivo que puede mover de un tirón dominios magnéticos según lo necesite. Un sensor magneto-resistente es también parte de la estructura del cabezal, que lee la información de los bits y los traduce en señales eléctricas. Observad que los cabezales y los soportes magnéticos son realmente dispositivos analógicos: Los datos digitales son representados por la orientación de dominios en un substrato analógico. Para ello está la función que desempeña la parte electrónica del disco que transforma/traduce las señales analógicas en datos digitales para el uso en el sistema.

Interior Disco DuroEn un nivel alto, el apilado de los discos se divide en pistas concéntricas puestas alrededor de la circunferencia del plato/disco. Las pistas, por si mismas, se organizan en cilindros-apilados de pistas en un multi-plato/disco del disco duro. Los cilindros se dividen en «sectores» que sirven para ubicar los datos dentro del disco. El primer sistema de direccionamiento que se utilizó fue CHS (Cilindro-Cabeza-Sector), ya que con estos tres valores se puede situar cualquier dato en el disco. En la actualidad se utiliza el sistema LBA (Direccionamiento Lógico de Bloques) que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número.

Los discos duros son dispositivos CAV (Velocidad Angular Constante), por lo que las pistas externas se leen más rápido que las interna y por ello los sistemas operativos intentan organizar los datos que más se suelen utilizar, sobre los cilindros externos y así ganas un tiempo de acceso más rápido.

Desde el punto de vista mecánico, hay que tener en cuenta ciertos aspectos para comparar un disco sobre otro en lo referente a sus velocidades.

Tiempo que tarda el disco en girar media vuelta: Una vez que los del disco duro se sitúan en el cilindro deseado, el disco debe de girar hasta que el dato se sitúe bajo la cabeza. Este tiempo es (en promedio) el tiempo que tarda en dar medio giro. Es inversamente proporcional a velocidad de giro.

Tiempo medio de acceso: Es el tiempo medio que tardan en situarse los cabezales en el cilindro deseado. Po lo general, es más o menos una tercera parte que tarda el brazo en ir desde el centro al exterior o viceversa.

Tiempo máximo de acceso: Es el tiempo que tarda el brazo que lleva el cabezal en ir del centro al exterior o viceversa.

Tiempo pista a pista: Es el tiempo que tarda en pasar el brazo de la pista actual a la adyacente.

Tiempo de transferencia: Velocidad a la que el disco duro puede transferir la información al ordenador. Puede ser velocidad sostenida o de pico.

Caché de pista: Los discos duros disponen de una memoria sólida, de tipo RAM, dentro del disco, que se utiliza como caché. La velocidad del movimiento de información con este tipo de sistema, es sumamente superior que si no existiera, por ello cuanto más memoria caché tenga el disco duro, más datos podrá albergar dentro y ser procesador de una forma más rápida.

Composición Disco Duro

Por último, los típicos discos electrónicos consisten en un microprocesador y una superficie analógica y un circuito digital, que unidas controlan el disco principal y optimizan el funcionamiento de lectura y escritura. El firmware, un programa pequeño que está dentro del disco duro, es optimizado por los fabricantes de discos duros para un mejor control teniendo en cuenta ciertas prioridades, incluyendo rendimiento de procesamiento, tiempo de acceso y nivel de ruido.


30 comentarios en “Arquitectura y funcionamiento de un disco duro”

  1. quiciera saber si un hdd se pede destapar o todos estan al vacio, y saver si es verdad que un hdd no se puede poner fuerte sobre una superficie por que se dañan los closteres, gracias…

    Responder
  2. Hola herly, sí están al vacio, por eso todos vienen sellados, pero no se recomienda abrirse.
    Si lo abres, seguramente va a perder todas sus características del disco, porque dejará de estar en vacio, los platos girarán más despacio, puede entrar polvo y a la hora de leer algunos sectores del disco duro pueden no funcionar, etc.
    Así que si piensas abrirlo, intenta hacerlo en un lugar muy limpio, con guantes y con mucho cuidado de tocar los platos o la aguja que lee, ya que la aguja está a distancia muy muy muyy pequeñas del plato y al mínimo roce lo vas a estropear.
    Y lo que comentas de ponerlo fuerte en una superficie dura, pienso que te refieres a si lo dejas de una forma brusca en una superficie dura (como si lo golpeases). Si es eso, lo que puede pasar es que dañes físicamente algún componente electrónico del disco duro, o lo más frecuente es que puedas desplazar un poco la aguja y roce el disco o directamente que la aguja no esté en la distancia adecuada y deje de funcionar (cuando pasa esto, el disco cuando intenta leer, se escucha una especie de «clack» y no funciona)

    Responder
    • Buenas:
      Sólo quería puntualizar que, en efecto, los discos duros no están al vacío 🙂
      Prueba de ello es que todos ( o casi todos ) tienen agujeros de respiración con filtros para que no entren partículas. Además los cabezales pueden mantenerse tan cerca de la superficie del disco porque flotan sobre un «cojín» de aire cuando los platos giran a gran velocidad. De ahí la importancia de apartar los cabezales cuando los platos van a detenerse; o en caso de no apartarlos, hay que tener cuidado de que no arrastren por la superficie.
      En los discos modernos, estamos hablando de distancias de nanómetros entre el cabezal y la superficie del disco… por lo que abrir un disco lo estropearía muy fácilmente. Sólo en atmósferas MUY puras se puede abrir un disco duro y que funcione, pero el hecho de estropearse no depende en absoluto de que estén al vacío, que como he dicho, no lo están 🙂

      Saludos 🙂

      Responder
  3. <strong>Dicho por Juan José:</strong>:

    Hola herly, sí están al vacio, por eso todos vienen sellados, pero no se recomienda abrirse.
    Si lo abres, seguramente va a perder todas sus características del disco, porque dejará de estar en vacio, los platos girarán más despacio, puede entrar polvo y a la hora de leer algunos sectores del disco duro pueden no funcionar, etc.
    Así que si piensas abrirlo, intenta hacerlo en un lugar muy limpio, con guantes y con mucho cuidado de tocar los platos o la aguja que lee, ya que la aguja está a distancia muy muy muyy pequeñas del plato y al mínimo roce lo vas a estropear.
    Y lo que comentas de ponerlo fuerte en una superficie dura, pienso que te refieres a si lo dejas de una forma brusca en una superficie dura (como si lo golpeases). Si es eso, lo que puede pasar es que dañes físicamente algún componente electrónico del disco duro, o lo más frecuente es que puedas desplazar un poco la aguja y roce el disco o directamente que la aguja no esté en la distancia adecuada y deje de funcionar (cuando pasa esto, el disco cuando intenta leer, se escucha una especie de “clack” y no funciona)

    Ahora mi pregunta es.. si esas agujas llegaran a rosar el plato del disco duro. todavia habria posibildiad de que en una empresa especializada en recuperar datos de disco duros dañados, pueda recuperarlos ? asi lo hayas abierto y que las agujas hayan rosado el palto del disco duro ? Es que ese es mi caso =( y bueno.. tengo ahi mas de 2500 fotos de recuerdos y ya encontre una empresa especializada en eso pero como paso lo que les dije, queria saber si todavia es posible recuperar mi info, y en ese caso, como hacen los de esa empresa para accesar a la informacion del disco duro ???? me llama mucho la atencion 🙂 Saludos

    Responder
  4. Hola Carlos Julio, sí qué podrían recuperar los datos, todo dependiendo del estado de los platos. Hay empresas muy especializadas con laboratorios preparados para insertar los platos y extraer los datos. Disponen de cámaras «totalmente» límpias en el que abren los discos y pueden insertar en otras carcasas de discos duros preparados y compaticles para leer los platos que contienen la información, etc.

    Saludos

    Responder
  5. Hola Juan José,gracias por el artículo pero quisiera preguntarte si es posible reparar un disco duro que se ha quemado,vamos que holía a quemado,se trata de un disco duro externo que dejo de funcionar,lo intente poner como esclavo en la torre y creo que aún se quemo mas,tuve que parar el ordenador rápido ya que salió un chispazo del circuito del disco duro.¿Qué puedo hacer?¿puedo cambiar la placa exterior de circuitos que se ve quemada?»no se como se nombra»,disculpa.

    Si me respondes muchas gracias y si no entenderé que estás muy atareado.

    Gracias,un saludo.

    Joan.

    Responder
  6. Hola Juan José,

    Mi disco duró externo sufrió un golpe leve, y desde entonces no funciona. En una tienda de ordenadores me dijeron que seguramente la aguja estaría suelta, o no apuntando correctamente. ¿Tendría alguna otra solución antes de llevarlo a un centro de recuperación de datos? ¿Cabría la posibilidad de recuperar también el disco duro? Gracias

    Responder
  7. Hola Alejandro,

    Si la aguja se ha desplazado, se ha dañado la lente o ha rozado parte de los platos del disco duro, muy difícilmente tiene reparación, aunque la recuperación de datos en laboratorios especializados (aunque muy caros) se podría hacer. Si por el contrario, se hubiera estropeado la PCB, la placa de circuitos integrada, la solución para la reparación del disco y para guardar los datos sería más fácil, porque se cambia esa por una de otro disco idéntico y solucionado. Los inconvenientes son siempre los precios, que son muy elevados y por lo que cuesta actualmente un disco duro nuevo, no merecen la pena repararlos. Y sobre recuperar tus datos, todo depende de la importancia de los datos, porque muy pocas veces un particular solicita esos servicios.

    Saludos.

    Responder
  8. Me temo, Don Juan José que los discos Duros NO ESTAN AL VACIO, ya que si no no sería posible su funcionamiento.

    Los discos duros estan montados en una zona limpia con mucho grado (mas que un quirófano), ya que la superficie del disco y las agujas magneticas estan a unas pocas micras de distancia (milesimas de milímetro).

    Pero estan así mientras el disco gira, ya que debido al efecto Bernoulli (creo que se escribe así), cuando una superficie gira a gran velocidaad se crea una capa de aire en su superficie que genera un "colchón". Esa es la ventaja de que los discos giren a 7200 rpm, 10000 rpm o 15000 rpm, la cabezas, delicadamente contrapesadas se dejan "caer" sobre la superficie, y el fecto bernoulli hace el resto. el cabezal "flota" a unas micras de la superficie del disco desplazándose por él. Por eso no estan al vacío, si no en un entrono muy limpio, ya que cualquier mota de polvo sería mas grande que la distancia "cabezal-disco" y quedaría atrapada entre los dos, rayando la delicada superficie.

    En las primeras unidades, al parar el disco, los cabezales quedaban sobre el disco. Con lo cual si queriamos mover la unidad, debíamos primero aparcar los cabezales con la instrucción "Park" del MS-DOS. Después aparecieron ya los discos con "auto park" que hay hoy en día, en los que un resorte (muelle) en los cabezales, mueve los cabezales hacia un sector del disco conocido como "park sector", en cuanto se corta la alimentación y mientras los platos continuan girando (evidentemente, no se detienen en el acto, claro).

    De nada, la clase es grátis. Otro día el porque esa superficie es "tan" delicada.

    Adios!.

    Responder
  9. me gustaria el poder conectar un disco duro atravez de los puertos usb si podria decirme como le hago para hacer el cable de conexion o el circuito

    Responder
  10. Hola Juan Aguirret,
    Desconozco el circuito para hacerlo, pero por lo que cuesta actualmente una carcasa de disco duro, lo ideal sería comprar una (ya sea para discos SATA o IDE) y conectar allí tu disco duro o, si quieres utilizar su circuito, extraes su PCB pequeña.
    Saludos.

    Responder
  11. hola mu nombre es joel.
    como puedo recuperar y poner a funcionar nuevamente un discoduro que no me deja ni formatearlo por que no tiene formato. parece que se borro toda la informacion de arranque del disco duro. lo hice sin querer con un programa que encontré en internet, todo esto por culpa de la eliminacion de un archivo de windows. intenté formatearlo pero no me lo permite. me dice que me falta un archivo. pero yo estoy casi seguro de que se borro toda la informacion del disco duro. ahora; la unica ventaja de esto es que el bios reconoce el disco duro, pero no quiere arrancar. no me importa recuperar ningun archivo, lo que quiero es ponerlo a funcionar nuevamente. agradesco toda sugerencia que me puedan dar.
    no puedo darle formato. como hago para darle formato, por que ya lo he intentado y no me lo permite con mi otra computadora.
    necesito que me ayuden.

    es ide
    se les agradece. y que dios les bendiga y le siga dando saviduría.

    Responder
  12. Hola a todos,
    Muy interesantes todos los comentarios.
    Me gustaría añadir una interrogante que tal vez interese a muchos de los que han comentado antes.

    Hay quienes nos hemos aventurado con éxito a intercambiar platos de discos monoplatos, cuyos sistemas mecánicos y cabezales han fallado. Al pasarlos a un chasis de disco en buen estado, hemos podido recuperar la información, aunque luego, tanto el disco donante como el enfermo hay que tirarlos.
    Tengo serias dudas de hacer un procesos similar con un disco duro de dos platos que tengo guardado, ya que pienso que si estos requieren un ángulo exacto entre sí para mantener sincronizada cierta información, quedarían seguramente imposibilitados de ser leídos al volver a situarlos, porque sería imposible acertar en la misma posición angular.
    Este problema se daría, si por ejemplo el sistema enviara información que formara parte de un bloque continuo, a los dos platos alternativamente, para optimizar la velocidad de acceso.
    Agradezco de antemano a quien pueda decir sobre ello, especialmente si al grabar datos el sistema graba en varios platos a la vez, información que proviene de un mismo bloque.

    Saludos.

    Responder
  13. Mi pregunta es la siguiente, tengo un disco de 40Gb, marca Hitachi, la electronica de rompió, se puede ver uno de los circutos integrados de montaje superficial de la controladora frito. Ahora bien, si yo consigo un disco de igual marca y modelo, puedo cambiar la electronica, para poder leer la información??.
    Tengo que conseguir un disco que ademas del mismo modelo y marca, tenga el mismo numero de codigo de firmware??.
    Ya que un integrado esta frito, podría ser que el motor o las cabezas de lectura, tambien se hubieran roto,… sería mejor sacar el plato del disco roto y cambiarlo al nuevo, para no correr riezgo de quemar la electronica que funciona??.
    Agradecere cualquier sugerencia, gracias

    Responder
  14. Cuando un disco duro falla fisicamente, es decir que tiene problemas en componentes como los cabezales, los platos, el rotor, la electronica, etc. se esta ante una falla mecanica del disco. Esto hace que los usuarios que necesiten recuperar sus datos, tengan que contratar servicios de laboratorios de recuperacion de datos.

    Existen varios por todo el globo. EN españa tenemos a Onretrieval, una de las mas mencionadas.

    Lo que si hay que tener en cuenta es que los costes son a la altura del servicio: ronda los 900 euros promedio.

    Asi que pedir presupuesto antes de dar el paso…

    Saludos.

    Responder
  15. hola
    sabes que referencia tiene el sensor magnetico resistivo del cabezal
    es que me dijeron que es muy sencible alos campos magneticos que registra desde microgauss
    esque nesecito uno para un proyecto.

    gracias

    Responder
  16. muy buenoooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo

    Responder
  17. Buenas tardes.
    Desmonté un disco duro que no funcionaba muy bien, y, antes de terminar mi hija pequeña cogió los 4 platos del disco duro y los cambió de sitio.
    Afectará a recuperar la información que tenía guardada? Quiero decir si es importante volver a poner los platos en el orden en el que estaban, o no?
    Un saludo,
    Francisco Estévez

    Responder

Deja un comentario