Casi todas las computadoras de escritorio y servidores actuales contienen una o varias unidades de disco duro. Cada mainframe y supercomputador suele estar conectado a cientos de ellos, mientras que incluso los dispositivos tipo VCR y las videocámaras utilizan discos duros en lugar de cinta. Entonces, ¿Qué es un disco duro y cómo funcionan estos innumerables discos duros?
Un disco duro es un dispositivo de almacenamiento de datos que utiliza uno o varios discos rígidos de rotación rápida recubiertos de material magnético para recuperar y almacenar datos. Los discos duros hacen bien una cosa: proporcionan espacio de almacenamiento para datos y sistemas operativos. También dan a los ordenadores la capacidad de recordar cosas cuando se va la luz. En este artículo, desmontaremos un disco duro para que puedas ver lo que hay dentro y también hablaremos de cómo organizan los gigabytes de información que guardan en archivos.
¿Qué es un disco duro?
Un disco duro (HDD) de computadora es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil. No volátil se refiere a los dispositivos de almacenamiento que mantienen los datos almacenados cuando están apagados. Todas las computadoras necesitan un dispositivo de almacenamiento, y los discos duros son sólo un ejemplo de un tipo de dispositivo de almacenamiento.
Los HDDs suelen instalarse en computadoras de escritorio, dispositivos móviles, electrónica de consumo y matrices de almacenamiento empresarial en centros de datos. Pueden almacenar sistemas operativos, programas de software y otros archivos mediante discos magnéticos.
Más concretamente, las unidades de disco duro controlan la lectura y escritura del disco duro que proporciona el almacenamiento de datos. Los discos duros se utilizan como dispositivo de almacenamiento primario o secundario en una computadora. Suelen encontrarse en la bahía de unidades y se conectan a la placa base mediante un cable ATA (Advanced Technology Attachment), Serial ATA, parallel ATA o SCSI (Small Computer System Interface), entre otros formatos. El HDD también está conectado a una fuente de alimentación y puede mantener los datos almacenados mientras está apagado.
Una unidad de disco duro — a menudo abreviada como disco duro — y un disco rígido no son lo mismo, pero están empaquetados como una unidad y cualquiera de los dos términos puede referirse a la unidad completa.
¿Por qué las computadoras necesitan discos duros?
Los dispositivos de almacenamiento como los discos duros son necesarios para instalar sistemas operativos, programas y dispositivos de almacenamiento adicionales, así como para guardar documentos. Sin dispositivos como los discos duros, que pueden retener datos después de apagados, los usuarios de computadoras no podrían almacenar programas ni guardar archivos o documentos en sus computadoras. Por eso, todas las computadoras necesitan al menos un dispositivo de almacenamiento que conserve los datos de forma permanente mientras se necesiten.
¿Cómo funciona los discos duros?
Los discos duros más básicos constan de varios platos — un disco circular hecho de aluminio, vidrio o cerámica — colocados alrededor de un eje dentro de una cámara sellada. El plato gira con un motor conectado al eje. La cámara también incluye los cabezales de lectura/escritura que graban magnéticamente la información en las pistas de los platos mediante un cabezal magnético. Los discos también tienen un fino revestimiento magnético.
El motor hace girar los platos hasta 15.000 vueltas por minuto. Mientras los platos giran, un segundo motor controla la posición de los cabezales de lectura y escritura que graban y leen magnéticamente la información de cada plato.
Capacidad de almacenamiento de un disco duro
Algunas de las capacidades de almacenamiento más comunes son las siguientes:
- 16 GB, 32 GB y 64 GB. Esta gama es de las más bajas en cuanto a espacio de almacenamiento en disco duro y suele encontrarse en dispositivos más antiguos y pequeños.
- 120 GB y 256 GB. Esta gama suele considerarse un punto de entrada para dispositivos con disco duro, como laptops o computadoras.
- 500 GB, 1 TB y 2 TB. Alrededor de 500 GB o más de almacenamiento en disco duro suele considerarse decente para un usuario promedio. Lo más probable es que los usuarios puedan almacenar toda su música, fotos, vídeos y otros archivos con esta cantidad de espacio. Las personas con juegos que ocupan mucho espacio encontrarán adecuado un disco duro de 1 TB a 2 TB.
- Más de 2 TB. Todo lo que supere los 2 TB de espacio en el disco duro es adecuado para usuarios que trabajen con archivos de alta resolución, que necesiten almacenar o albergar una gran cantidad de datos o que quieran utilizar ese espacio para copias de seguridad y redundancia.
Actualmente, el disco duro de mayor capacidad es de 20 TB. Sin embargo, un disco duro tiene en realidad menos espacio del anunciado, ya que el sistema operativo, las estructuras del sistema de archivos y algunos procedimientos de redundancia de datos utilizan una parte de ese espacio.
Componentes y factores de forma de los discos duros
Los componentes de la unidad de disco duro incluyen el eje, el plato del disco, el actuador, el brazo del actuador y el cabezal de lectura/escritura. Aunque el término puede referirse a la unidad en su conjunto, el término disco duro es el conjunto de discos apilados, es decir, la parte de la unidad de disco duro que almacena y proporciona acceso a los datos en una superficie cargada electromagnéticamente.
El factor de forma del disco duro se refiere al tamaño físico o geometría del dispositivo de almacenamiento de datos. Los factores de forma de los discos duros siguen una serie de normas industriales que regulan su longitud, anchura y altura, así como la posición y orientación del conector de interfaz host. Disponer de un factor de forma estándar en la industria ayuda a determinar una compatibilidad común con distintos dispositivos informáticos.
Los factores de forma más comunes para los discos duros en los sistemas empresariales son 2.5 y 3.5 pulgadas, también conocidos como factor de forma pequeño (SFF) y factor de forma grande (LFF). Las medidas de 2.5 y 3.5 pulgadas representan el diámetro aproximado del plato dentro de la carcasa de la unidad.
Aunque existen otros factores de forma, en 2009 los fabricantes dejaron de desarrollar productos con factores de forma de 1.3 pulgadas, 1 pulgada y 0.85 pulgadas. La caída del precio del flash hizo que estos otros factores de forma quedaran casi obsoletos. También es importante tener en cuenta que, aunque los tamaños nominales están en pulgadas, las dimensiones reales se especifican en milímetros.
Muchas unidades de estado sólido (SSD) también están diseñadas para el factor de forma HDD. Las SSD que encajan en las mismas ranuras que las HDD suelen utilizar la interfaz SATA o serial-attached SCSI (SAS) para transferir datos hacia y desde el sistema informático anfitrión.
¿Qué son los discos duros externos?
La mayoría de los discos duros se encuentran internamente en una computadora y funcionan como se ha indicado anteriormente. Sin embargo, también se pueden adquirir discos duros externos. Los discos duros externos se pueden utilizar para ampliar la capacidad de almacenamiento de una computadora o como dispositivo portátil para hacer copias de seguridad de los datos. Los discos externos se conectan a una computadora o dispositivo a través de interfaces como USB 2.0, USB-C o con External SATA (eSATA). Los discos duros externos también pueden tener velocidades de transferencia de datos más lentas en comparación con los discos duros internos.
La principal ventaja de un disco duro externo, además de poder ampliar el espacio de almacenamiento de un dispositivo, incluye su portabilidad. Los usuarios pueden almacenar datos de varios dispositivos y llevarlos físicamente consigo allá donde vayan.
Errores comunes de los discos duros
Los discos duros pueden fallar por todo tipo de razones. Sin embargo, los fallos suelen clasificarse en las seis categorías generales siguientes.
- Se produce un fallo eléctrico cuando, por ejemplo, una subida de tensión daña los circuitos electrónicos de un disco duro, provocando el fallo del cabezal de lectura/escritura o de la placa de circuitos. Si un disco duro se enciende pero no puede leer ni escribir datos ni arrancar, es probable que uno o varios de sus componentes hayan sufrido un fallo eléctrico.
- Los fallos mecánicos pueden deberse al desgaste o a un impacto fuerte, como una caída. Esto puede provocar, entre otras cosas, que el cabezal de lectura/escritura de la unidad golpee un plato giratorio, causando daños físicos irreversibles.
- El fallo lógico se produce cuando el software del disco duro se ve comprometido o deja de funcionar correctamente. Todo tipo de corrupción de datos puede provocar un fallo lógico. Esto incluye archivos corruptos, malware y virus, cierre incorrecto de una aplicación o apagado de un ordenador, error humano o borrado accidental de archivos que son críticos para la funcionalidad del disco duro.
- Un fallo de sector defectuoso puede producirse cuando el soporte magnético del plato giratorio de un disco duro está desalineado, lo que provoca que un área específica del plato se vuelva inaccesible. Los sectores defectuosos son comunes y a menudo limitados cuando se producen. Con el tiempo, sin embargo, el número de sectores defectuosos puede aumentar, lo que finalmente conduce a un fallo del sistema, archivos inaccesibles o el cuelgue o retraso del funcionamiento de un disco duro.
- El fallo del firmware se produce cuando el software que realiza las tareas de mantenimiento en una unidad y permite que el disco duro se comunique con un ordenador se corrompe o deja de funcionar correctamente. Este tipo de fallo puede provocar que el disco se bloquee durante el arranque o que el ordenador al que está conectado un disco duro no lo reconozca o lo identifique erróneamente.
- También pueden producirse múltiples fallos desconocidos que se acumulan con el tiempo. Por ejemplo, un problema eléctrico podría conducir a un fallo mecánico, como un fallo del cabezal de lectura/escritura. También puede dar lugar a un fallo lógico que provoque la aparición de varios sectores defectuosos en los platos del disco duro.
Historia de las unidades de disco duro
El disco duro fue creado en 1953 por ingenieros de IBM que querían encontrar una forma de proporcionar acceso aleatorio a grandes capacidades de datos a bajo coste. Las unidades de disco desarrolladas tenían el tamaño de un frigorífico, podían almacenar 3.75 MB de datos y empezaron a comercializarse en 1956. Memorex, Seagate Technology y Western Digital fueron otros de los primeros proveedores de tecnología de discos duros.
El tamaño de los discos duros ha ido disminuyendo a medida que evolucionaba la tecnología. A mediados de la década de 1980, se introdujeron los factores de forma de 3.5 y 2.5 pulgadas, que se convirtieron en un estándar en las computadoras personales.
La densidad de los discos duros ha aumentado desde que se desarrolló esta tecnología. Los primeros discos duros podían almacenar megabytes de datos, mientras que hoy su capacidad de almacenamiento se sitúa en el rango del terabyte. Hitachi Global Storage Technologies (HGST) — ahora una marca de Western Digital — lanzó los primeros discos duros de 1 TB en 2007. En 2015, HGST anunció el primer disco duro de 10 TB. Y en 2021, Western Digital presentó dos discos duros de 20 TB.
Evolución del HDD y avances tecnológicos
En 2013, Seagate Technology anunció unidades de disco duro que utilizan la tecnología de grabación magnética en capas (SMR). SMR aumenta la densidad de almacenamiento en las unidades de disco duro mediante la superposición de las pistas magnéticas en cada disco, en lugar de colocarlas paralelas entre sí. Se denomina «shingled» porque las pistas se superponen de forma similar a las tejas de un tejado.
HGST anunció la primera unidad de disco duro rellena de helio en 2012. El helio es menos denso, más frío y más ligero que el aire, consume menos energía, aumenta la densidad de la unidad y mejora el rendimiento en comparación con los discos duros tradicionales. En 2016, Seagate anunció su propio disco duro de helio de 10 TB.
En 2021, el fabricante de discos Western Digital presentó dos discos duros de 20 TB: el Ultrastar DC HC560 y el WD Gold HDD Enterprise Class SATA HDD. Actualmente, 20 TB es el mayor tamaño de disco duro disponible. Ambos discos duros vienen en el factor de forma estándar de 3.5 pulgadas, pero tienen diferentes casos de uso. El Ultrastar DC HC560 está pensado para proveedores de almacenamiento en la nube y para servidores empresariales, sistemas de seguridad y dispositivos de almacenamiento conectados a la red. El disco duro WD Gold está diseñado para empresas con grandes cargas de trabajo de aplicaciones.
HDD vs SSD
La principal alternativa a los discos duros son las unidades de estado sólido.
A diferencia de los discos duros, las SSD no contienen piezas móviles. Las SSD también tienen una latencia más baja que los HDD, por lo que suelen ser las preferidas para almacenar datos críticos a los que es necesario acceder rápidamente y para aplicaciones con una gran demanda de entrada/salida. Las SSD están configuradas para ofrecer altas velocidades de lectura/escritura para solicitudes de datos secuenciales y aleatorios. Además, las SSD no almacenan datos magnéticamente, por lo que el rendimiento de lectura se mantiene constante, independientemente de dónde se almacenen los datos en la unidad. Las SSD también tienen tiempos de arranque más rápidos.
Es debido a estos beneficios y a que los discos duros son más vulnerables a averías, que ahora los discos duros están empezando a ser reemplazados por los SSD.
Sin embargo, aunque la mayoría de los usuarios de PC han empezado a decantarse por las unidades SSD, las HDD -junto con las cintas magnéticas- se siguen utilizando con frecuencia para almacenar grandes cantidades de datos. En parte, esto se debe a que las SSD son más caras que las HDD desde el punto de vista del precio por gigabyte. Muchas matrices de almacenamiento empresarial se suministran con una combinación de discos duros y unidades SSD para reducir costes y mejorar el rendimiento. Las SSD también tienen una vida útil determinada, con un número finito de ciclos de escritura antes de que disminuya el rendimiento. En comparación con los discos duros, las unidades SSD fallan más rápido.