Cómo es la unidad de disco duro tradicional

La unidad de disco duro (HDD) ha sido durante mucho tiempo uno de los componentes fundamentales del almacenamiento de datos en computadoras y dispositivos electrónicos.

Aunque en los últimos años han surgido alternativas de almacenamiento como las unidades de estado sólido (SSD), las unidades HDD siguen siendo ampliamente utilizadas debido a su capacidad de almacenamiento masivo y su relación costo-efectividad.

El disco duro, a veces llamado lógicamente como ‘unidad C’ en los sistemas operativos, principalmente en Microsoft Windows de forma predeterminada, se designó a esta unidad la letra ‘C’ a la partición primaria como la unidad de almacenamiento principal de una computadora.

Si bien este no es un término técnicamente correcto para usar, todavía es muy común, aunque actualmente la unidad de estado sólido la está reemplazando como unidad de almacenamiento principal.

Por ejemplo, algunas computadoras tienen varias letras como unidades (por ejemplo, C, D y E) la cuál representan áreas de uno o más discos de almacenamiento, entre ellas, HDD, SSD o unidades ópticas en menor medida, etc.

La unidad de disco duro también se la denomina disco rígido, unidad fija, disco fijo o unidad de disco fija.

Los discos duros se inventaron hace más de 50 años y se han utilizado en computadoras personales desde mediados de la década de 1980 (aunque las unidades de memoria flash las han reemplazado en muchos equipos informáticos).

En este artículo, exploraremos en profundidad las unidades de disco duro, su funcionamiento, características clave y su papel en el panorama actual de almacenamiento.

¿Cómo funciona una unidad de disco duro?

Una unidad de disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil que utiliza discos magnéticos giratorios para guardar y recuperar la información digital.

Consiste en uno o varios discos metálicos, recubiertos con un material magnético, que giran a alta velocidad.

Cada disco tiene una o dos cabezas de lectura/escritura montadas en un brazo mecánico que se mueve hacia el centro o hacia el borde del disco para acceder a diferentes áreas de almacenamiento.

Las unidades de disco duro constan de varios componentes clave:

1. Platos o discos: son discos metálicos rígidos y magnéticos que almacenan los datos. Por lo general, están recubiertos con una capa de óxido de hierro o una aleación similar.
2. Cabezas de lectura/escritura: son pequeños dispositivos electromagnéticos montados en los brazos del disco. Las cabezas o cabezales son las responsables de leer y escribir datos en la superficie de los discos.
3. Actuador: es el mecanismo que mueve los brazos de los cabezales de lectura/escritura. Permite el posicionamiento preciso de los cabezales sobre las pistas del disco.
4. Controlador: es el circuito electrónico que controla todas las operaciones de la unidad. Se encarga de traducir las solicitudes de lectura/escritura del sistema operativo en señales eléctricas para el actuador y las cabezas de lectura/escritura.
5. Interfaz: es el conector que permite conectar la unidad de disco duro a la placa base del dispositivo electrónico.

El funcionamiento básico de una unidad HDD implica el giro constante de los discos a altas velocidades (generalmente entre 5400 y 7200 revoluciones por minuto en las unidades tradicionales).

Cuando se necesita acceder a un determinado bloque de datos, el controlador mueve el actuador y los cabezales de lectura/escritura a la ubicación adecuada en el disco.

Las cabezas interactúan magnéticamente con la superficie del disco para leer o escribir los datos mediante cambios en la polaridad magnética.

Cada una de esas áreas en la superficie puede magnetizarse (con 1), o desmagnetizarse (con 0), esto lo hace independientemente con datos binarios.

Hay dos cabezales de lectura y escritura para cada plato, uno para leer la superficie superior y otro para leer la superficie inferior, por lo que tiene cinco platos, necesitando diez cabezales por separado.

Los cabezales están montados en un brazo controlado eléctrónicamente que se mueve desde el centro hacia el borde exterior y viceversa.

Para reducir el desgaste, no tocan el plato, ya que hay una capa de líquido o aire entre el cabezal y la superficie del plato para evitar el roce permanente.

Características clave de un disco duro

Los discos duros se diferencian por diversas características que determinan su rendimiento y capacidad de almacenamiento:

1. Capacidad: es la cantidad de datos que puede almacenar una unidad HDD. Las capacidades actuales varían desde unos pocos Gigabytes (GB) hasta varios Terabytes (TB), e incluso Petabytes (PB) en casos de unidades empresariales de alta gama.
2. Velocidad de rotación: es la velocidad a la que giran los discos. Una mayor velocidad de rotación generalmente se traduce en un mejor rendimiento, ya que permite un acceso más rápido a los datos. Los discos duros tradicionales suelen tener velocidades de rotación de 5400 o 7200 RPM (Revoluciones por minuto), aunque también existen modelos de mayor velocidad, como los de 10.000 RPM o incluso 15.000 RPM en aplicaciones de alto rendimiento.
3. Tiempo de acceso y latencia: el tiempo de acceso se refiere al tiempo necesario para que los cabezales se posicionen en la pista correcta del disco. La latencia, por otro lado, es el tiempo que transcurre mientras se espera a que la información deseada pase por debajo de las cabezas una vez que están en la posición correcta. Estos valores se miden en Milisegundos (ms) y cuanto más bajos sean, mejor será el rendimiento de la unidad.
4. Tasa de transferencia: es la velocidad a la que los datos pueden ser leídos o escritos en la unidad. Se mide en Megabytes por segundo (MB/s) o Gigabytes por segundo (GB/s). La tasa de transferencia puede variar dependiendo de la ubicación de los datos en el disco. Por lo general, los datos almacenados en los bordes del disco tienen una tasa de transferencia más alta que aquellos ubicados en el centro.
5. Caché: las unidades HDD suelen contar con una memoria caché integrada que actúa como un búfer entre la unidad y el sistema. La caché almacena temporalmente los datos más utilizados, lo que acelera el acceso a ellos y mejora el rendimiento general de la unidad.

Cómo lee y escribe datos un disco duro

Lo más importante de la memoria es no poder almacenar información, sino poder encontrarla más tarde con rapidez y efectividad.

Imagina almacenar un clavo de hierro magnetizado en una pila de 1.6 millones de clavos idénticos sin tener una idea de los problemas que procesaría una PC si no usara una forma más metódica de archivar la información.

Cuando la computadora almacena datos en el disco duro, no solo arroja clavos magnetizados, sino que los mezcla. Los datos se almacenan en un patrón muy ordenado en cada plato.

Los bits de datos se organizan en trayectorias circulares concéntricas denominadas pistas. Cada pista se divide en áreas más pequeñas llamadas sectores.

Parte del disco duro almacena un mapa de sectores que ya se ha agotado y otros que aún están libres. (En Windows, este mapa se denomina Tabla de asignación de archivos o FAT).

Cuando la PC quiere almacenar información nueva, investiga el mapa para encontrar algunos sectores libres, luego le indica al cabezal de lectura y escritura que se mueva a través del plato hasta la ubicación correcta y almacene los datos allí.

Para leer la información, el mismo proceso se ejecuta a la inversa.

¿Cómo se manipula toda la mecánica en un disco duro? Hay una interfaz (una pieza de equipo de conexión) entre ellos llamada controlador.

Este es un pequeño circuito que opera los cabezales que serán accionados para seleccionar pistas específicas para la lectura y escritura, y convierte los flujos de datos paralelos en flujos de datos en serie que se escriben en el disco (y viceversa).

Los controladores están integrados en el propio circuito de la unidad de disco que son parte de la placa base de la PC.

Con tanta información almacenada en una cantidad tan pequeña de espacio, un disco rígido es una pieza de ingeniería notable.

Eso trae beneficios, aunque también inconvenientes. Uno de ellos es que los discos rígidos pueden fallar si se ensucian o se llenan de polvo.

Un pequeño trozo de polvo puede hacer que el cabezal rebote hacia arriba y hacia abajo, chocando contra el plato y dañando su material magnético.

Esto se conoce como falla del disco o del cabezal y puede aunque no siempre, causar la pérdida de toda la información almacenada.

Una falla del disco generalmente ocurre de la nada, sin ninguna advertencia.

Es por eso que siempre tienes que guardar copias de seguridad de tus documentos y archivos más importantes, ya sea en otra unidad de almacenamiento, en un disco compacto CD o DVD, o en una memoria extraíble.

¿Cuáles son las partes internas de un disco duro?

Un disco duro tiene solo algunas partes internas. Hay uno o más platos en color plata brillantes donde la información se almacena magnéticamente, hay un mecanismo de brazo que mueve un pequeño imán llamado cabezal de lectura y escritura hacia adelante y hacia atrás sobre los platos para registrar o almacenar la información, y hay un circuito electrónico para controlar todo y actuar como un enlace entre el disco y el resto del equipo.

A continuación analizamos las piezas y componentes internos de un disco duro que tuvo una falla y se procedió a verificar:

1. Sistema accionar o actuador que mueve el brazo de lectura-escritura. En los discos duros más antiguos, los actuadores eran motores paso a paso. En la mayoría de los discos duros modernos, se utilizan bobinas de alambre en su lugar. Como sugiere su nombre, se trata de simples electroimanes que funcionan como bobinas móviles que emiten sonidos en los altavoces. Posicionan el brazo del cabezal de forma más rápida, precisa y fiable y son menos sensibles a problemas como las variaciones de temperatura.
2. El brazo de lectura-escritura mueve el cabezal hacia adelante y hacia atrás en el plato.
3. El eje central permite que el plato gire a alta velocidad.
4. El plato magnético almacena información en forma binaria.
5. El puerto de conexión permite conectarlo a la placa base a través de un cable flexible.
6. El cabezal es un pequeño imán en el extremo del brazo.
7. La placa de circuito en la parte inferior controla el flujo de datos hacia y desde el plato.
8. El conector flexible transporta datos desde la placa de circuito hasta el cabezal y el plato.
9. El pequeño eje permite que el brazo del cabezal se mueva por el plato.

Capacidades de almacenamiento de un disco rígido

La capacidad de almacenamiento de una unidad HDD es un factor muy importante para determinar el uso que se le va a dar a un dispositivo en particular, como puede ser una laptop o un smartphone.

Si la capacidad de almacenamiento es bastante pequeña, significa que se completará de archivos más rápido, mientras que una unidad que tenga mucha más capacidad de almacenamiento podrá manejar más información proporcionalmente.

Elegir un disco según la cantidad de almacenamiento que pueda retener depende realmente de las circunstancias y de cuál será el objetivo a futuro para su uso.

Si por ejemplo necesitas una tableta que pueda contener muchos videos, querrás asegurarte de conseguir 64 GB en lugar de 8 GB, ya que los videos exigen mayor capacidad.

Lo mismo ocurre con los discos duros HDD tradicionales de las computadoras. ¿Tienes alguno que pueda almacenar muchos videos o imágenes en HD, o la mayoría de tus archivos están respaldados en la nube?

Una preferencia de almacenamiento para el hogar sin conexión puede llevarte a comprar un disco interno o externo que admita 4 TB en lugar de un modelo de 500 GB.

Tareas comunes de un disco rígido

Una tarea simple que puedes realizar con un disco rígido es cambiar la letra de la unidad. Hacer esto te permite tomar como referencia a la unidad utilizando una letra distinta.

Por ejemplo, mientras que el disco principal normalmente se denomina como unidad C y no se puede cambiar, es posible que quieras cambiar la letra de un disco externo de ‘S’ a ‘M’ (o cualquier otra letra aceptable)

Otra cosa realmente muy fácil de hacer con un disco es verificar cuánto espacio libre le queda disponible.

Esto es especialmente importante si recibes un mensaje de que hay poco espacio, aunque de todos modos es igualmente crítico mantener un sistema sin problemas.

Puedes desinstalar programas que no desees o que son demasiado grandes, o eliminar archivos y copiarlos a otro lugar, obviamente, si tienes poco espacio en el disco.

Debes formatear la unidad o llevar a cabo una partición en secciones antes de poder instalar un sistema operativo o almacenar archivos.

La primera vez que se instala el sistema operativo es cuando se formatea un disco rígido nuevo y se le asigna un sistema de archivos.

De lo contrario, una herramienta de partición de disco es una forma común de manipular la unidad de esta manera.

Cuando se trata de un disco rígido fragmentado, existen herramientas gratuitas de desfragmentación que pueden ayudar a reducir la fragmentación.

Desfragmentar un disco duro a veces puede hacer que la computadora funcione más rápido. Esta herramienta suele funcionar con discos HDD, y no es lo mismo con unidades SSD.

Dado que un disco rígido es donde se almacenan todos los datos de una computadora, es una tarea común querer borrar de forma segura los datos de la unidad, antes de vender los componentes de hardware o reinstalar un nuevo sistema operativo.

Esto generalmente se logra con un programa de eliminación de datos de forma segura.

Solución de problemas de la unidad de disco

El disco HDD se utiliza una y otra vez, cada vez que haces algún cambio que implica leer o escribir datos.

Es normal entonces, encontrarse con un problema con este tipo de dispositivo ya que utiliza un sistema mecánico y magnético para leer y escribir permanentemente archivos.

Uno de los problemas más comunes es que hace ruido, y el mejor primer paso para solucionar un problema de funcionamiento de cualquier tipo es ejecutar un software de prueba que analice en profundidad su desempeño.

Windows incluye una herramienta integrada llamada ‘Chkdsk’ que ayuda a identificar e incluso corregir varios errores del disco.

Puedes ejecutar la versión gráfica de esta herramienta en la mayoría de las versiones de este sistema operativo.

Muchos programas gratuitos pueden comprobar un disco en busca de problemas que pueden llevar a que necesites reemplazar la unidad.

Algunos de estos programas también pueden medir el rendimiento como el tiempo de búsqueda de cualquier unidad de almacenamiento.

Fabricantes reconocidos de una unidad de disco duro

Algunos de los fabricantes de discos duros más populares incluyen a Seagate, Western Digital, Hitachi y Toshiba.

Por lo general, puedes adquirir estas marcas de discos rígidos y de otros fabricantes, en tiendas físicas y en línea, como a través de los sitios propios de la compañía y en tiendas reconocidas como Amazon o eBay.

Formato de la unidad de disco

Un disco duro HDD suele ser del tamaño de un libro de bolsillo, aunque mucho más pesado.

Los lados de este dispositivo tienen orificios previamente perforados y roscados para facilitar el montaje en el compartimento para unidades de 3.5 pulgadas en el gabinete de una computadora.

El montaje también es posible en un compartimento para unidades de 5.25 pulgadas más grandes con un adaptador.

El disco está montado de manera que el extremo de las conexiones se enfrenta hacia el interior de la PC.

El extremo posterior contiene un puerto para un cable que se conecta a la placa base.

El tipo de cable utilizado SATA o PATA depende del tipo de unidad, aunque casi siempre se incluye en la caja. Aquí también hay una conexión para la alimentación de la fuente de poder.

La mayoría de estos discos también tienen configuraciones de puente Back-end que definen cómo la placa base deberá reconocer la unidad principal cuando hay más de un dispositivo similar.

Esta configuración varía de una unidad a otra y es utilizada por el BIOS del equipo para comunicarle al sistema cual tiene prioridad para inicializar el sistema operativo.

Esta función de reconocer un disco como prioridad de arranque se solía configurar como maestro y el resto de unidades como esclavo, aunque esta función ya se encuentra obsoleta debido al avance en el desarrollo de las conexiones SATA que brindan una configuración más redundante para todo este proceso de detección, por lo que se pueden conectar múltiples unidades de almacenamiento y serán reconocidas por el BIOS de manera adecuada.

HDD vs SSD: ¿Cuál es la mejor opción?

El debate entre las unidades de disco duro y las unidades de estado sólido se ha intensificado en el mundo del almacenamiento de datos.

Se plantea la pregunta clave: ¿Cuál es la mejor opción de almacenamiento?

Las unidades SSD ofrecen un rendimiento significativamente más rápido, tiempos de acceso más rápidos y mayor resistencia a golpes y vibraciones debido a su diseño sin partes móviles.

Sin embargo, las unidades HDD siguen siendo atractivas debido a su capacidad masiva de almacenamiento y su costo por Gigabytes más económico.

La elección depende de las necesidades individuales: si se busca un rendimiento superior y un acceso rápido a los datos, los SSD son la opción preferida.

Por otro lado, si se valora una capacidad de almacenamiento masiva a un costo más bajo, los HDD siguen siendo una opción viable.

En última instancia, el mejor enfoque puede ser una combinación de ambas tecnologías, utilizando SSD para aplicaciones que requieren velocidad y HDD para almacenamiento a largo plazo y grandes volúmenes de datos.

La elección entre HDD y SSD debe basarse en una evaluación cuidadosa de las necesidades específicas de almacenamiento y el presupuesto disponible.

Aquí vemos una comparativa clave entre las unidades HDD y SSD:

	HDD	SSD
Tiempo de Acceso (ms)	10	0.1
Velocidad de Lectura (MB/s)	50 – 100	200 – 500
Peso (g)	500	50
Consumo de Energía (W)	6	2 – 3

Los discos duros en el ámbito empresarial

Se destaca que los HDD siguen siendo una opción popular en entornos empresariales que requieren grandes capacidades de almacenamiento a largo plazo.

Estas unidades son ideales para almacenar grandes volúmenes de datos, como archivos, bases de datos y copias de seguridad, debido a su capacidad masiva y su costo por Gigabytes más bajo en comparación con los SSD.

Los HDD también son utilizados en Sistemas de almacenamiento en red (NAS) y servidores de almacenamiento, donde la capacidad es esencial y el rendimiento extremadamente rápido no es una prioridad.

Además, se menciona que los HDD pueden ser configurados en matrices de almacenamiento redundantes para mejorar la confiabilidad y la tolerancia a fallos en entornos empresariales críticos.

A pesar del avance de los SSD, los HDD siguen siendo una opción preferida en muchas aplicaciones empresariales debido a su capacidad de almacenamiento masivo, durabilidad y costo-efectividad.

Ventajas y desventajas de las unidades HDD

Las unidades HDD tienen sus pros y contras en comparación con otros tipos de unidades de almacenamiento en contraste con las unidades SSD.

A continuación, se describen al detalle sus ventajas y desventajas:

Ventajas

1. Capacidad de almacenamiento masivo: ofrecen capacidades de almacenamiento significativamente más altas en comparación con los SSD. Pueden llegar a disponer Terabytes o incluso Petabytes de capacidad, lo que los hace ideales para el almacenamiento en grandes volúmenes de datos.
2. Costo por gigabyte más bajo: en general, son más económicos en términos de costo por Gigabyte en comparación con los SSD. Esto los convierte en una opción atractiva para aquellos que necesitan una gran cantidad de almacenamiento a un precio más accesible.
3. Mayor durabilidad: son menos susceptibles a daños físicos, como golpes o vibraciones, en comparación con los SSD. Esto se debe a que no tienen componentes electrónicos delicados ni chips de memoria que puedan dañarse fácilmente.
4. Amplia compatibilidad: son compatibles con una amplia variedad de sistemas operativos y dispositivos. Se pueden utilizar en computadoras de escritorio, laptops, servidores y sistemas de almacenamiento en red, lo que los hace versátiles y ampliamente utilizados.

Desventajas

1. Velocidad y rendimiento más bajos: en comparación con los SSD, tienen velocidades de lectura y escritura más lentas, lo que puede afectar el rendimiento general del sistema. Los tiempos de acceso a los datos también son más largos debido a la necesidad de que los cabezales se mueven físicamente hacia la ubicación de los datos.
2. Mayor consumo de energía: requieren más energía para funcionar en comparación con los SSD. Esto puede llevar a un consumo de energía más alto y una menor duración de la batería en dispositivos portátiles.
3. Mayor generación de calor y ruido: debido a su naturaleza mecánica, generan calor durante su funcionamiento y pueden producir ruido audible debido al movimiento de las partes móviles, como los brazos mecánicos y los discos giratorios.
4. Menor resistencia a golpes y vibraciones: aunque son más duraderos que los SSD en términos de impactos físicos, los HDD aún son más susceptibles a daños por golpes o vibraciones severas. Los movimientos bruscos pueden provocar fallos mecánicos y pérdida de datos.

En resumen, las ventajas de los discos duros incluyen su capacidad masiva de almacenamiento, costos más bajos, durabilidad y amplia compatibilidad.

Sin embargo, tienen desventajas en términos de velocidad y rendimiento más bajos, mayor consumo de energía, generación de calor y ruido, así como una menor resistencia a golpes y vibraciones.

Al considerar qué tipo de unidad de almacenamiento utilizar, es importante evaluar cuidadosamente las necesidades individuales.