¿Cómo Funciona Un Disco Duro? Explicación Completa

¿Te has preguntado alguna vez cómo tu ordenador puede almacenar todas las copias de seguridad de tus juegos favoritos, documentos o películas de las vacaciones familiares? Probablemente ya sepas la respuesta, por supuesto, todo se guarda en el almacenamiento, que puede ser un disco duro o un SSD, en tu ordenador.

En las siguientes secciones de esta guía, te explicaré en detalle cómo funciona un disco duro. Me centraré sobre todo en los discos duros mecánicos tradicionales, a los que suelo referirme como unidades de disco duro (HDD), pero también dedicaré algo de espacio a las SSD (unidades de estado sólido).

Las unidades de estado sólido son mucho más rápidas y duraderas que están sustituyendo gradualmente a los antiguos discos duros mecánicos en ordenadores, consolas y otros dispositivos.

Cómo funciona un disco duro
Cómo funciona un disco duro

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Cómo funciona un disco duro

Entender el funcionamiento de un disco duro no es tan complicado como crees, déjame explicartelo. Por unidad de disco duro se entiende una o varias placas, generalmente de vidrio, aluminio o incluso una mezcla de cerámica y vidrio, entre las que se disponen en paralelo y se recubren de un material ferromagnético (por ejemplo, cobalto).

En las que se almacenan y leen datos en forma de bits (es decir, 0 y 1) y en las que se escriben datos mediante cabezas magnéticas que están en contacto con la superficie del disco y cambian su polaridad.

En la actualidad, la principal interfaz utilizada para conectar los discos duros a los ordenadores es la interfaz SATA (Serial Advanced Technology Attachment), que utiliza solo dos cables para la transferencia de datos: uno de entrada y otro de salida.

En cuanto al tamaño, hay discos duros de 2,5 y 3,5 pulgadas. Los primeros se utilizan sobre todo en los ordenadores portátiles (pero, como ya se ha dicho, hoy en día los portátiles casi siempre utilizan discos SSD en lugar de discos duros mecánicos) porque son de menor tamaño; los discos duros de 3,5 pulgadas son más grandes y se utilizan sobre todo en los ordenadores de sobremesa (de mesa).

Características físicas

Los discos duros mecánicos (HDD) difieren en varios factores, como el tiempo de acceso a los datos, que es una función de la velocidad del plato (normalmente abreviada como RPM, o revoluciones por minuto), la capacidad de la memoria y la tasa de transferencia máxima. Permítanme explicar lo que representan.

Tiempo de acceso

Como se ha mencionado anteriormente, el tiempo de acceso viene determinado por la rapidez con la que los cabezales magnéticos pueden desnudar los datos.

¿Pero qué tiene que ver esto con la velocidad?

Cuanto más rápido gire el disco duro, más rápido podrá el cabezal leer los datos de la unidad, ya que cada acceso a los datos requiere una rotación completa de la unidad. Hay discos duros en el mercado con una gran variedad de velocidades:

Una media de 5.400 o 7.200 RPM es suficiente para el uso doméstico, pero también hay discos con velocidades de hasta 15.000 RPM. El tiempo de acceso para leer una unidad de datos es de unos pocos milisegundos.

Capacidad de memoria

Seguramente has adivinado de qué estamos hablando, y tienes razón; la capacidad de memoria depende del número de bytes (un byte son 8 bits) que se pueden almacenar en un disco duro.

Normalmente los discos duros tienen una capacidad de unos pocos gigabytes, pero puedes encontrar modelos con una capacidad de varios terabytes en tiendas como Amazon.

Ancho de banda

El ancho de banda es la cantidad de información que un disco duro puede leer o escribir en un milisegundo, y se ve afectado por la velocidad del disco duro y la densidad de datos, que es la cantidad de datos que pueden escribirse físicamente en un área determinada del disco duro.

Organización lógica

Ahora vamos a centrarnos en la estructura lógica del disco, el sistema de archivos, que no es más que el modo que utiliza el sistema operativo para organizar los archivos en el almacenamiento. Permite al sistema operativo leer y escribir físicamente datos en el disco y desde él, y asignarlos a los archivos del ordenador.

¿Está familiarizado con el formato? Es el proceso por el cual se “recarga” un disco duro (o una parte lógica del mismo, llamada partición) y se instala en él un sistema de archivos. Debes saber que hay diferentes tipos de sistemas de archivos, con diferentes características y rendimiento, y que difieren según el sistema operativo en el que se utilicen.

Entre los más fiables y utilizados mencionaría FAT32, que es compatible con casi todos los dispositivos y sistemas operativos, pero que ya está obsoleto y lleno de limitaciones (no puede almacenar archivos de más de 4 GB cada uno y está sujeto a una fragmentación excesiva, lo que ralentiza el rendimiento a largo plazo).

NTFS (New Technology File System)

Es el sistema de archivos estándar para los sistemas Windows modernos y, aunque está sujeto a la fragmentación, ofrece un rendimiento mucho mejor que FAT32 y no tiene limitaciones duras Es compatible con muchos sistemas operativos y dispositivos, pero en algunos casos, como en los ordenadores Mac, se necesitan controladores especiales para poder escribir.

EXFAT

Es una evolución de FAT32 sin restricciones severas de tamaño de archivo ni problemas de fragmentación excesiva: es menos compatible que FAT32, pero más compatible con la lectura y escritura que NTFS;

APFS y HFS+

Son sistemas de archivos utilizados por MacOS (bien, pero no muy compatibles con Windows a menos que se instalen controladores externos), mientras que EXT2, EXT3 y EXT4 son sistemas de archivos utilizados por Linux, también bastante limitados en cuanto a compatibilidad con otros entornos pero con un excelente rendimiento.

Otros detalles

Para ayudarte a entender mejor la organización del disco, a continuación te explicaré los elementos que componen una estructura lógica de disco, ¡prepárate!

  • Pista: Piensa en cada disco de una unidad de disco duro como una serie de anillos concéntricos. Cada anillo se considera una pista.
  • Sector: A continuación, el disco se divide en “rebanadas”, cuyo tamaño suele oscilar entre 32B y 4KB, que junto con las pistas forman sectores de pistas o viceversa.
  • Clúster: Un clúster es una colección de sectores adyacentes, es decir, aquellos que se encuentran en la misma vía y son adyacentes entre sí.
  • Cilindro: Un cilindro es un conjunto de todas las pistas espaciadas uniformemente desde el centro de cada disco.

Estos elementos permiten al lector leer los datos utilizando un sistema de coordenadas llamado CHS (Cylinder-Head-Sector).

Cómo funciona un disco duro externo

Cómo funciona un disco duro externo
Cómo funciona un disco duro externo

En principio, un disco duro externo es casi idéntico a uno interno: física y lógicamente son casi idénticos, pero hay algunas diferencias importantes que hacen que los dos sistemas se adapten a diferentes circunstancias.

En términos de rendimiento y dimensiones, no son muy diferentes. Sin embargo, cuando se trata de la conectividad, hay algunas diferencias importantes.

En lugar de una conexión SATA, los discos duros externos utilizan USB para poder conectarse y compartir archivos con cualquier ordenador o dispositivo equipado con esta conexión (siempre suponiendo un sistema de archivos compatible).

Otras características

En algunos casos, los discos duros externos de 3,5” pueden necesitar también una conexión eléctrica. La velocidad de transferencia de datos de los discos duros externos también se ve afectada por la versión de la interfaz USB utilizada:

La mayoría de los ordenadores y discos duros son compatibles con el estándar USB 3.2, que promete velocidades de transferencia de 5 gigabits por segundo (625 MB por segundo), pero cuando se conectan a dispositivos que sólo son compatibles con el estándar USB 2.0, más antiguo, se pueden alcanzar velocidades de transferencia de datos de hasta 480 Mbit/s (60 MB por segundo).

En términos de lógica y práctica, contiene información que al mismo tiempo, como en otras discotecas, es una base suficiente para diversas actividades de circo. En términos de rendimiento y masculinidad, no difieren mucho. Sin embargo, hay diferencias fundamentales en términos de conectividad.

Otros detalles

Como alternativa al conector SATA, los discos duros externos utilizan el USB, que les permite conectarse a un ordenador o dispositivo equipado con este conector (siempre que se utilice un sistema de disco duro compatible).

En algunos casos, las unidades externas Rígidos de 3,5 plegadas pueden requerir también una conexión eléctrica. La velocidad de transferencia de datos de los discos duros externos también se ve afectada por la versión de la interfaz USB utilizada:

La mayoría de los ordenadores y discos duros utilizan el estándar USB 3.2, que permite velocidades de transferencia de datos de 5 gigabits por segundo (625 MB por segundo). Pero cuando se conectan a dispositivos que sólo soportan el último estándar USB 2.0, se pueden alcanzar velocidades de transferencia de datos de hasta 480 Mbit/s (60 MB por segundo).

Últimos detalles

También hay dispositivos compatibles con la interfaz Thunderbolt, que ahora se utiliza principalmente a través de los puertos y conectores USB-C (que son más planos que los tradicionales USB-A y pueden conectarse en cualquier dirección), mientras que en un principio se utilizaban los puertos y conectores Mini-DisplayPort (MDP).

Esta interfaz es compatible con varios de los principales programas informáticos y proporciona velocidades de transferencia de datos de 40 Gbps (5 Gbps).

Cómo funciona un disco duro SSD

Cómo funciona un disco duro SSD
Cómo funciona un disco duro SSD

Tal y como se había anunciado, ahora tocaremos brevemente el tema de las SSD. En primer lugar, permíteme señalar que la definición de “SSD” es realmente incorrecta, ya que SSD se refiere a una tecnología completamente diferente.

Que es un disco duro SSD

Una unidad de estado sólido (SSD), o unidad de estado sólido, es un dispositivo de almacenamiento que se diferencia de los discos duros convencionales y antiguos en que es más rápido y eficiente, pero con un coste menor en volumen (aunque este disminuye rápidamente) y una vida “final” porque admite límites máximos de escritura (aunque son difíciles de cumplir en el uso estándar).

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Empezaré por la principal diferencia entre ambas tecnologías: el uso de módulos de memoria flash. De hecho, el disco duro utiliza cabezas magnéticas para leer y escribir datos, mientras que en el segundo caso, gracias a la tecnología NAND flash.

Los datos se almacenan en celdas de memoria hechas de un material semiconductor que puede mantener una carga eléctrica en su interior incluso cuando el ordenador no recibe alimentación, de forma similar a la RAM, salvo que esta última es una memoria no volátil, por lo que las celdas se reinician cuando no hay alimentación.

Otras características

Los datos se leen siguiendo este principio, el controlador del convertidor se encarga de comprobar el estado de cada celda, que si contiene carga eléctrica devuelve 1, y si no hay tensión devuelve 0.

Esta tecnología es “perjudicial” para la unidad porque, debido a la mayor velocidad de acceso provocada por la constante reprogramación de las células de memoria, el material semiconductor tiende a desgastarse y a perder su capacidad de mantener la carga y, por tanto, de almacenar datos de forma eficiente.

En resumen, las unidades SSD tienen sus limitaciones (que son difíciles de alcanzar incluso con un uso intensivo), pero ofrecen tantas ventajas -en términos de rendimiento, durabilidad y comodidad- que son un sustituto adecuado de los discos duros mecánicos.

Últimos detalles

Las unidades de estado sólido internas (también hay unidades de estado sólido portátiles, como los discos duros mecánicos) pueden conectarse a través de la clásica interfaz SATA o a través de la interfaz M.2, mucho más rápida, que utiliza ranuras para minitarjetas PCI Express estándar.

También existen unidades híbridas denominadas SSHD (Solid State Hybrid Drives), que combinan la memoria flash con un disco duro mecánico, por lo que se puede combinar la velocidad de acceso a los datos de una SSD con la mayor capacidad de un disco duro.

Son ideales para ahorrar unos cuantos dólares y mantener la parte del disco (mecánica) para el almacenamiento de datos, y utilizar la velocidad de la parte SSD para instalar el sistema operativo y las aplicaciones.

Cómo funciona un disco duro de red

Cómo funciona un disco duro de red
Cómo funciona un disco duro de red

Existe otro sistema de almacenamiento llamado NAS (Network Attached Storage), que permite configurar un servidor en la red para almacenar archivos disponibles para los usuarios de la red (o incluso fuera de ella), así como para realizar copias de seguridad remotas.

Utiliza uno o varios discos duros internos para almacenar archivos en la red, de forma que los distintos dispositivos de la red puedan acceder a ellos en cualquier momento.

Las principales aplicaciones son:

  • Compartir medios para la reproducción de vídeo desde un televisor inteligente o un teléfono móvil,
  • Crear un servidor FTP (File Transfer Protocol) para la transferencia remota de archivos,
  • crear copias de seguridad automática, en cuyo caso se denomina sistema RAID (Redundant Array of Independent Disks).

Existen varios sistemas RAID en este contexto:

RAID 0: En este caso se utilizan dos discos duros para crear una única unidad lógica en la que se almacenan los datos. Si uno de los dos discos duros falla, los datos son inaccesibles.

RAID 1: utiliza un principio llamado “mirroring”, en el que los datos de una unidad se “reflejan” en la otra. Este sistema requiere dos discos duros para almacenar los mismos datos en paralelo. De esta manera, si una de las dos unidades falla y los datos se vuelven inaccesibles, hay una copia de los datos en la otra unidad.

RAID 5: es una combinación de los dos sistemas anteriores, utilizando un tercer disco de paridad para mantener los datos almacenados en caso de que uno de los discos falle. Si dos discos fallan, los datos se perderán.

También hay unidades de red que puedes conectar simplemente al router y compartir datos a través de la red. Algunos routers también permiten convertir cualquier disco duro USB en una unidad de red, simplemente conectándolo a un puerto USB y dándole acceso a los datos a través del panel de control.

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