Disc dur - tot el que necessites saber

Mentre que els SSD estan íntegrament formats per components electrònics i emmagatzemen la informació en xip formats per portes NAND, els discs durs tenen parts mecàniques. En ells, una sèrie de discos giren a gran velocitat perquè, mitjançant uns capçals magnètics es greu, llegiu i esborri la informació en ells. Anem a veure els principals elements que formen part d'un disc dur.

plats

Serà el lloc on es guarda la informació. Estan instal·lats en forma horitzontal i cada plat consta de dues cares o superfícies de gravació magnetitzades. Aquests normalment estan construïts en metall o vidre. Per emmagatzemar la informació en ells disposen de cel·les on és possible magnetizarlas de manera positiva o negativa (1 o 0). L'acabat d'ells és exactament igual que un mirall, en ells s'emmagatzema una immensa quantitat de dades i la superfície ha de ser perfecta.

Capçals de lectura

El segon element més important són els capçals de lectura, que tenim un per cada cara o superfície de gravació. Aquests capçals realment no fan contacte amb els plats, de manera que no hi ha un desgast dels mateixos. Quan els plats giren, es crea una fina pel·lícula d'aire que impedeix el comptat entre això i el cap lector (aproximadament 3 nm de separació). Aquesta és una de les principals avantatges respecte als SSD, les cel·les si es degraden amb els esborrats i escriptures.

motors

Hem vist la presència de molts elements mecànics dins d'un disc dur, però el que més ho demostra és la presència de motors. Excepte els ventiladors, és l'únic element d'aquest tipus en un PC, i la principal font de lentitud dels discos durs. El motor fa girar els plats a una determinada velocitat, podrà ser de 5.400 RPM, 7.200 o 10.000 RPM per als més ràpids. Mentre no s'assoleixi aquesta velocitat, no es podrà interactuar amb els discos, i és una gran font de lentitud.

A això li sumem el motor o millor dit el electroimant que fa moure els capçals de lectura per situar-se al situat en on està la dada. Això també comporta temps, sent una font més de lentitud.

Memòria cau

A el menys les unitats actuals tenen un xip de memòria integrada en el circuit electrònic. Aquest fa de pont d'intercanvi d'informació des dels plats físics fins a la memòria RAM. És com un memòria intermèdia dinàmic per alleugerir l'accés a la informació física i sol ser de 64 MB.

encapsulat

L'encapsulat és una cosa molt important per a un HDD, ja que, a diferència dels SSD, l'interior ha d'estar completament pressuritzat perquè no entri ni una sola volva de pols. Tinguem en compte que els plats giren a una enorme velocitat, i l'agulla dels capçals tan sols mesura uns micròmetres. Qualsevol element sòlid, per minúscul que sigui pot provocar danys irreversibles a la unitat.

connexions

Per finalitzar tenim tot el set de connexions a la part de darrere de l'encapsulat, que es compon d'un connector SATA d'energia i un altre per a dades. Anteriorment, els discos durs IDE tenien també un panell per seleccionar el mode de funcionament, en esclau o mestre si els discs compartien bus, però ara cada unitat es connecta a un port independent dins de la placa base.

Factors de forma i interfície en un HDD

En aquest sentit, la informació és bastant escarida en l'actualitat, ja que només ens trobem amb dos factors de forma. El primer és l'estàndard per a PC d'escriptori, amb discos de 3, 5 polzades i unes mesures de 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. El segon és el factor de forma usat en unitats de portàtils, de 2, 5 polzades, mesurant 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Pel que fa a tecnologies de connexió tampoc tenim massa actualment per als HDD, sent dos:

SATA

Aquest és l'estàndard de comunicació en els HDD dels PC actuals substitut de l'IDE. En aquest cas s'utilitza un bus sèrie mitjançant el protocol AHCI en lloc de paral·lel per transmetre les dades. És bastant més ràpid que el tradicional IDE i més eficient amb transferències màximes de 600 MB / s. A més, permet connexions en calent dels dispositius i compta amb busos molt més petits i manejables. En qualsevol cas, un disc dur mecànic actual només pot arribar a uns 400 MB / s com a màxim en lectura, mentre que els SSD SATA sí que aprofiten a l'màxim aquest bus.

SAS

Aquesta és l'evolució de la interfície SCSI, i és un bus que funciona en sèrie com el SATA, tot i que encara se segueixen utilitzant comandaments de tipus SCSI per interactuar amb els discs durs. Una de les seves propietats, és que és possible connectar diversos dispositius en un mateix bus ia més és capaç de proporcionar una taxa en transferència constant per a cada un d'ells. Podem connectar més de 16 dispositius i compta amb idèntica interfície de connexió que els discos SATA, de manera que és ideal per a muntar configuracions RAID en servidors.

La seva velocitat és menor que SATA, però una característica important és que la controladora SAS pot comunicar-se amb un disc SATA, però una controladora SATA no pot comunicar-se amb un disc SAS.

Parts físiques, lògiques i funcionament del disc dur

Ja hem vist les parts bàsiques que hi ha a l'interior, però això només és el principi per comprendre el seu funcionament real. I si vols saber-ho tot sobre aquests discos durs, llavors aquesta secció és la més important, ja que determina la manera de funcionar d'un disc dur que pot ser de dues formes:

CHS (cilindre - cap - sector): Aquest sistema és el que s'utilitzava en els primers discos durs, encara que va ser substituïda pel següent. Mitjançant aquests tres valors és possible situar el cap lector en el lloc on està ubicat el dada. Aquest sistema era senzill d'entendre, però requeria adreces de posicionament bastant llargues.

LBA (adreçament lògic en blocs): és l'actualment utilitzat, en aquest cas dividim el disc dur en sectors ia cada un d'ells li assignem un nombre únic, com si fos una adreça de memòria en què el capçal ha de situar-se. En aquest cas, la cadena d'instrucció serà més curta i més eficient, i permetrà la indexació del disc pel sistema.

Estructura física dels plats

Vegem com es divideix l'estructura física del disc dur, la qual marcarà la manera de funcionar d'aquest.

• Track o pista: Les pistes són els anells concèntrics que forma la superfície d'enregistrament del disc. Cilindre: Un cilindre el formen totes les pistes que està alineades en forma vertical de cadascun dels plats i cares. No és una cosa física, sinó un cilindre imaginari. Sector: Cada pista està dividida en trossos d'arcs anomenats sectors. A cada sector s'emmagatzemarà una dada, i si un d'ells es queda incomplet, el següent dada anirà al proper sector. La tecnologia ZBR (enregistrament de bits per zones) la mida dels sectors variarà de les pistes interiors a les exteriors per optimitzar l'espai. Solen ser de 4KB, encara que es pot canviar des del sistema operatiu. Clúster: És una agrupació de sectors. Cada arxiu ocuparà un determinat nombre de clústers, i cap altre arxiu podrà estar emmagatzemat en un determinat clúster.

Estructura lògica d'un disc dur

El curiós és que l'estructura lògica del disc dur s'ha mantingut també per als SSD tot i funcionar de forma diferent.

Sector d'arrencada (MBR o GPT)

El Màster Boot Record o MBR és el primer sector del disc dur, pista 0, cilindre 0, sector 1. Aquí s'emmagatzema la taula de particions de tot el disc dur marcant així el començament i el final de les mateixes. També s'emmagatzema el Boot Loader, on es recull la partició activa en on s'instal·la el sistema o els sistemes operatius. En l'actualitat s'ha substituït gairebé en tots els casos per l'estil de particions GPT, que ara veurem amb més detall.

particions

Cada partició divideix el disc dur en un nombre determinat de cilindres i poden tenir la mida que nosaltres desitgem assignar. Aquesta informació s'emmagatzemarà en la taula de particions. En l'actualitat existeix en concepte de particions lògiques, al costat de el de disc dur dinàmic, amb el qual podem fins i tot unir dos discos durs diferents ia vista d'el sistema funcionarà com un de sol.

Diferència entre MBR i GPT

En l'actualitat hi ha dos tipus de taules de particions disponibles per a un HDD o SSD, les de tipus MBR o les de tipus GPT (Global Unique Identifier). L'estil de particions GPT va ser implementat per als sistemes EFI o Extensible Firmware Interface, que ha substituït l'antic sistema BIOS dels ordinadors. Llavors, mentre que BIOS utilitza MBR per a gestionar el disc dur, GPT està orientat a ser el sistema propi per UEFI. El millor de tot és que aquest sistema assigna un GUID únic a cada partició, és com si fos una direcció MAC, i el assignador és tan llarg que es podrien anomenar de forma únic totes les particions de l'món, el que elimina pràcticament les limitacions físiques d'un disc dur pel que fa a partició.

Precisament aquesta és la primera i més visible diferència amb MBR. Mentre que aquest sistema només permet crear 4 particions primàries en un disc dur d'un màxim de 2 TB, en GPT no hi ha limitació teòrica per crear-les. Serà el sistema operatiu el que d'alguna manera faci aquesta limitació, i Windows actualment admet 128 particions primàries.

La segona diferència rau en el sistema d'arrencada. Amb GPT, la mateixa BIOS UEFI pot crear el gestor d'arrencada propi, detectant dinàmica el contingut del disc cada vegada que vam arrencar. Això permet que puguem arrencar perfectament un ordinador, encara que li canviem el disc dur per un altre amb una altra distribució lògica. En canvi, MBR o les BIOS antigues necessiten un executable per identificar la partició activa i poder iniciar l'arrencada.

Per sort, gairebé tots els discos durs actuals HDD i SSD, vénen ja configurats amb el sistema de particions GPT, i en tot cas, des del propi sistema o en mode comandament amb diskpart podrem modificar aquest sistema abans d'instal·lar Windows.

Sistemes d'arxius d'un disc dur

Per anar finalitzant amb el funcionament d'un disc dur, hem d'aprendre quins són els principals sistemes de fitxers usats. Són part fonamental de cara a l'usuari ia les possibilitats d'emmagatzematge.

• FAT32 exFAT NTFS HFS + EXT refs

Obviant la presència de sistema FAT per no tenir pràcticament d'utilitat en els sistemes d'emmagatzematge actuals, el FAT32 és el predecessor del mateix. Aquest sistema permet assignar adreces de 32 bits als clústers, per la qual cosa en teoria, admet mides d'emmagatzematge de 8 TB. La realitat és que Windows limita aquesta capacitat als 128 GB amb mides de fitxer no superiors als 4 GB, així que és un sistema que només utilitzen les unitats d'emmagatzematge USB de poca grandària.

Per superar les limitacions de FAT32, Windows crec el sistema exFAT, que suporta mides d'arxiu teòrics de fins a 16 EB (Exabytes) i mides d'emmagatzematge teòrics de 64 ZB (Zettabytes)

Aquest sistema és el que utilitza Windows per a instal·lar el sistema i manejar els fitxers del disc dur. Admet actualment arxius de 16 TB, 256 TB com a mida màxima de volum i possibilitat de configurar diferents mides de clúster per al format. És un sistema que utilitza bastant espai per a la seva configuració de volums, així que es recomanen mides de partició superiors a 10 GB.

És el sistema d'arxius propi d'Apple i reemplaça el tradicional HFS afegint suport per a arxius més grans i volums grans. Aquests mides se situen en un màxim de 8 EB.

Ara estem davant el sistema d'arxius propi de Linux, actualment en la seva versió EXT4. Les mides d'arxius que suporta són de 16 TB màxim, i 1 EB com mida de volum.

Finalment, refs és un altre sistema patentat per Microsoft i destinat a ser l'evolució de NTFS. Es va implementar amb Windows Server 2012, però en l'actualitat algunes distribucions de Windows 10 per a empresa la suporten. Aquest sistema millora en molts aspectes a NTFS, per exemple, implementat protecció contra la degradació de dades, correcció i de fallades i redundància, compatibilitat amb RAID, verificació de la integritat de dades o l'eliminació de chkdsk. Suporta mides de fitxer de 16 EB i mides de volum d'1 IB (Yottabyte)

Què és un RAID

I molt relacionat amb el concepte de sistemes d'arxius estan les configuracions en RAID. De fet, hi ha portàtils o PC que ja de fàbrica compten amb una configuració RAID 0 per a la seva capacitat d'emmagatzematge.

RAID significa Redundant Array of Independent Disks i es tracta d'un sistema d'emmagatzematge de dades utilitzant múltiples unitats d'emmagatzematge. En elles, es distribueixen les dades com si d'una sola unitat es tractés, o es repliquen aquests per assegurar la integritat dels mateixos enfront de fallades. Aquestes unitats d'emmagatzematge poden ser, tant discs durs HDD o mecànics, com unitats SSD o d'estat sòlid, fins i tot M.2.

En l'actualitat existeixen una gran quantitat de nivells RAID, que consisteix en la configuració i associació d'aquests discos durs de diferents formes. Per exemple, el RAID 0 uneix dos discos o més en un de sol per distribuir les dades en tots ells. És ideal per a ampliar l'emmagatzematge veient només un disc dur en el sistema, per exemple, dos HDD d'1 TB poden formar un de sol de 2 TB. D'altra banda, el RAID1 és just el contrari, és una configuració amb dues o més discos en mirall perquè les dades es guardin replicats en cada un d'ells.

Avantatges i desavantatges d'un HDD davant d'un SSD

I per finalitzar, anem a resumir i explicar les principals diferències entre un disc dur mecànic i una unitat en estat sòlid. Per a això, ja tenim un article on s'expliquen detalladament tots aquests factors, així que només realitzarem una síntesi ràpida.

avantatges destacables

• Capacitat: Aquesta és una de les principals avantatges que un disc dur té davant d'un SSD, i no és precisament perquè els SSD siguin petits, sinó perquè el seu cost s'eleva molt. Sabem que un HDD és més lent que un SSD, 400 MB / s enfront de 5000 MB / s en les unitats més ràpides, però la seva capacitat d'emmagatzematge per unitat és perfecta per a usar-los com a magatzem de dades. Actualment hi ha unitats HDD de 3, 5 "de fins a 16 TB. Baix cost per GB: En conseqüència, de l'anterior, el cost per GB és molt menor en un HDD que en un SSD, pel que podem comprar unitats molt més grans, però menys preu. Un disc dur de 2 TB el trobem a un preu d'uns 60 euros, mentre que un SSD M.2 de 2 TB està com a mínim en els 220 euros o més. Vida útil: I la tercera avantatge d'un HDD és la vida útil dels seus plats. Ull no parlem de la seva durabilitat i resistència, sinó de la quantitat de vegades que podem escriure i esborrar les cel·les, que és pràcticament il·limitada en els discos durs mecànics. En els SSD, el nombre està limitat a uns quants milers, el que els converteixen en opcions molt menys atractives per a bases de dades i servidors.

desavantatges

• Són molt lents: amb l'arribada dels SSD, els discos durs mecànics s'han convertit en el dispositiu més lent d'un ordinador fins i tot per sota dels USB 3.1. Això els fa ser una opció gairebé descartable per instal·lar un sistema operatiu, quedant solament destinats a dades si realment volem un ordinador ràpid. Parlem de xifres que situen un HD unes 40-50 vegades més lent que un SSD, no és qualsevol tonteria. Grandària física i soroll: a l'ésser mecànics i tenir plats, la mida d'ells és bastant gran en comparació amb SSD M.2 que només mesuren 22 × 80 mm. De la mateixa manera, el tenir motor i capçals mecànics els fan ser bastant sorollosos sobretot quan els arxius estan fragmentats. Fragmentació: la distribució en pistes fa que les dades es vagin fragmentant més amb el pas el temps. És a dir, el disc anirà omplint els sectors que hagin quedat buits a l'ésser esborrats, de manera que el capçal de lectura haurà de fer molts salts per poder llegir un arxiu complet. En un SSD, a l'ésser una memòria de cel·les electròniques, totes elles són accessibles a la mateixa velocitat, a l'igual que la memòria RAM, no existint aquest problema.

Conclusió sobre els discos durs

D'aquesta manera arribem a la fi del nostre article que desenvolupa en profunditat el tema de el disc dur mecànic. Sens dubte són elements que a el menys per a la majoria d'usuaris tenen un paper una mica més secundari a l'tenir SSD de fins i tot 2 TB al mercat. Però encara són l'opció estrella per a l'emmagatzematge massiu, ja que per a això no necessitem tanta velocitat i sí molt d'espai.

Imagineu-vos que passaria si tenim un sol SSD de 512 o 256 GB i volem guardar pel·lícules en 4K, instal·lar jocs o som creadors de contingut. Si volem velocitat hem de gastar-nos una fortuna, en SSD, mentre que tenir 20 TB amb HDD ens costarien uns 600 euros, mentre que fer-ho amb SSD SATA ens podria costar uns 2000 euros i si són NVMe millor ni calcular-lo.

Us deixem ara amb uns articles que vindran bé per complementar la informació, i per descomptat amb les nostres guies.

Quants discos durs tens al teu PC i de quin tipus són? Uses SSD i HDD?