1 OBJETIVOS
ESTRUCTURA FÍSICA DEL HDD
Los discos rígidos son en la actualidad, el principal medio de almacenamiento masivo de in-
formación en las computadoras. Por lo tanto, su importancia en el funcionamiento y desem-
peño de una PC, es muy alta.
En esta clase estudiaremos la estructura interna del disco rígido y su principio de funciona-
miento. Veremos entonces cómo es un disco por dentro, cuáles son sus componentes principa-
les, cómo funciona, con qué materiales está construido, y cómo se organiza la información
que se almacena en estas unidades.
Esto nos ayudará a:
a.- Comprender las causas de sus limitaciones.
b.- Poder evaluar y comparar características entre ellos, para elegir el más adecuado con de-
terminado propósito.
c.- Configurar las unidades correctamente, y en el caso de una falla, poder emitir diagnósticos
rápidos y certeros.
d.- Saber cómo deben manipularse y cuáles son los cuidados necesarios que deben conside-
rarse para su instalación.
2 DESDE EL EXTERIOR DE LA
UNIDAD
Un disco rígido observado desde el exterior,
no revela mucho de su funcionamiento in-
terno. Esto se debe a que los discos rígidos
son unidades selladas, es decir que todas sus
partes mecánicas, y sus delicados compo-
nentes, están encerrados en una caja metáli-
ca.
Del otro lado, podemos observar la presen-
cia de una placa electrónica, donde concu-
rren las conexiones de energía e interfaz con
la PC (ver figura 10.10).
No vemos los componentes mecánicos, por-
que por sus características constructivas, que
ahondaremos en un momento más, no tole-
ran la presencia de humedad y mucho menos
suciedad o humo.
Burbuja
Disco Rígido
Interfaz ATA y
conector de energía.
Figura 10.1
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 10 1
En ningún momento de su vida útil, será necesario abrir un disco rígido,
y de hacerlo, ingresaría a la unidad aire húmedo y con partículas de pol-
que lo dañaría irreversiblemente.
Todos sus sensibles componentes quedan encerrados en lo que se llama una burbuja, hermé-
ticamente cerrada. El aire atrapado en su interior, recicla en un circuito atravesando un filtro,
que atrapa cualquier impureza que haya quedado durante su manufactura.
3 EL INTERIOR DE LA UNIDAD DE DISCO RÍGIDO
Tracemos un viaje imaginario hacia el interior de un disco rígido, para descubrir cómo están
construidos y cómo funcionan.
3.1 DISCOS RÍGIDOS. ¿POR QUÉ RIGIDOS?
Una unidad destapada (ver figura 10.2), nos revela ahora algunos secretos. Vulgarmente nos
referimos a ella, como disco rígido, para diferenciarlo de otros medios de almacenamiento
Figura 10.2
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 10 2
como los disquetes. Estos últimos, están construidos con una base plástica flexible, mientras
que las unidades que hoy estudiamos, contienen platos de una base metálica, generalmente
aluminio, recubiertas con una pintura ferromagnética.
Descubrimos además, algo que no resulta evidente desde afuera. Al usar un disco rígido, per-
cibimos una unidad con determinada capacidad de almacenamiento. Pero al destaparla (ver fi-
gura 10.2), observamos la existencia de varios platos, que en conjunto se comportan como
una sola cosa. En este caso, la unidad mostrada es un disco de la firma IBM de 40 Gigabytes,
que incluye 10 platos. Pero ese número varía de acuerdo a la capacidad, velocidad y diseño
del fabricante.
Un factor de diseño a considerar es el volumen de la unidad. La cantidad de platos que inclu-
ya, influye directamente en la altura del dispositivo. Generalmente las unidades delgadas, in-
cluyen sólo uno o dos platos. A medida que avanza la tecnología constructiva de los platos, se
logra mayor densidad de grabación (es decir más bits en menos espacio), y en consecuencia
se obtiene mayor capacidad con menor cantidad de platos, es decir, mayor capacidad en uni-
dades cada vez más pequeñas.
3.2 LOS BRAZOS Y CABEZA
cie de los platos. Se trata del brazo que soporta las cabezas de lectura/escritura. En la figura
10.3 podemos observar los brazos de una unidad de dos platos. En este caso, en el extremo
del brazo se encuentran cuatro cabezas.
Por cada cara de cada plato de una unidad, hay por lo menos una cabeza de lectura/escritura.
Es decir que los platos son utilizados de ambas caras.
En la figura 10.4 podemos apreciar un detalle de las cabezas de lectura/escritura que están en
el extremo del brazo de la figura 10.3.
Las cabezas de lectura/escritura tienen una superficie pulida. Cuando los platos están deteni-
dos, las cabezas descansan sobre su superficie sin rayarla. Pero si la unidad recibe un golpe en
estas condiciones, la vibración puede dañar permanentemente a la pintura magnética del plato
o a la cabeza misma.
Por eso las unidades de disco son muy frágiles, y deben ser siempre manejadas con mucho
cuidado.
Cuando se pone la unidad a trabajar, los platos comienzan a girar velozmente, arrastrando el
Figura 10.5
aire atrapado dentro de la burbuja. Entonces las cabezas comienzan a volar sobre un colchón
de aire, por cierto muy delgado, que se forma sobre cada cara de cada plato. Gracias a esto, el
conjunto de cabezas (ver figura 10.5) puede volar sobre la superficie de los platos.
Este colchón es tan delgado, que anda en el orden de una décima de milímetro. Cualquier im-
pureza, como una partícula de carbón de hollín del aire que respiramos diariamente, puede
provocar un daño severo en la superficie del plato y de la cabeza.
Esto explica por que las cabezas, los platos y sus mecanismos asociados, están encerrados en
una burbuja hermética; y también por que nunca debemos abrir una unidad. Hacerlo permiti-
ría el ingreso de aire contaminado dentro de la unidad, provocando daños irreversibles en la
superficie magnética de los platos y en las cabezas.
3.3 LOS MOTORES
De una rápida observación de la figura 10.2, no resulta tan evidente la presencia de dos moto-
res: uno para el movimiento de rotación de los platos, y otro para el desplazamiento del con-
junto de las cabezas.
3.3.1 El motor de los platos
Uno de los motores esta referido en las documentaciones técnicas en su idioma original como
spindle motor <-spindl mótor-> (del inglés: motor del eje de rotación) es justamente el que
hace girar los platos.
El eje del motor, es el eje de los platos (de allí su nombre en inglés), es decir que no existen
medios de acoplamiento como correas, poleas o engranajes. Esta forma de trabajo se la cono-
ce como tracción directa.
En la figura 10.6, se puede observar desmontado al motor y eje de los platos de una unidad de
disco rígido. Este es un motor sincrónico, controlado por los circuitos de la placa electrónica
montada sobre la unidad.
En la misma figura, se ve que el motor va montado de modo tal que atraviesa una cara de la
burbuja. El conector y los cables quedan del lado externo, conectados a la placa electrónica.
Del lado interno queda el eje del motor, donde se atornillan los platos.
Figura 10.6
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 10 5
El motor, montado en su posición, forma parte del sello de la burbuja, es decir que no hay pa-
so de aire desde el exterior, ya que el eje y partes móviles quedan dentro de ella, y por fuera
sólo están las conexiones eléctricas.
3.3.2 El motor de las cabezas.
Dos tecnologías de motores se han empleado en la construcción de los discos rígidos.
En las primitivas unidades se usaban motores especiales, muy utilizados en la actualidad para
aplicaciones de robótica: los motores paso a paso o stepper motor <-stiper mótor-> (que en
inglés significa motor de pasos).
Estos motores no giran libremente como lo hacen los motores comunes, sino que avanzan al-
gunos grados y se detienen en una nueva posición de descanso. Cada posición de descanso es
un paso. Con una secuencia suficiente de pasos, se logra hacer girar al eje de estos motores.
Con estos motores se puede tener no sólo el control del sentido de giro, sino también de cuán-
tos grados deseamos que gire en un sentido u otro.
En la figura 10.7, se puede apreciar la implementación de un motor de pasos, en un vetusto
disco ST-221 de la firma Seagate, de 20 Megabytes de capacidad total. El giro del eje del mo-
tor, arrastraba por medio de un zuncho al pivote del brazo de las cabezas.
Pivote del brazo
de los cabezales
Zuncho de
tracción
Eje del motor
Motor de pasos
Figura 10.7
Las ventajas de estos motores son la sencillez de su control y su versatilidad. Con una elec-
trónica poco compleja, se los puede controlar fácilmente. Las desventajas de este tipo de mo-
tores son dos: son ruidosos y lentos.
Otro de los problemas presentes con estos motores, es que siempre están en una posición de
descanso, aún cuando no tienen energía. Esto significa que si un disco rígido está operando
con las cabezas en la zona de datos, y ya sea que voluntaria o involuntariamente cortemos la
energía de alimentación de la unidad, las cabezas aterrizan en la zona de trabajo dejando a la
unidad en una situación de máximo riesgo, ya que frente a una vibración o golpe leve puede
haber pérdida de información almacenada. En los años en que se usaban estos discos, el pro-
blema se evitaba ejecutando un programa llamado Park (estacionar en inglés), antes de apa-
gar la PC, que movía las cabezas fuera de la zona de trabajo.
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 10
Desarrollos posteriores incluían un mecanismo para forzar que el motor se mueva a determi-
nada posición (quitando las cabezas de la zona de trabajo) cuando se quedaba sin energía.
Este mecanismo se lo conoció como Auto Parking (estacionamiento automático). Todos los
discos modernos tienen un mecanismo de estacionamiento automático.
La segunda tecnología empleada en la construcción de motores para accionar las cabezas de
los discos rígidos, utilizada ampliamente en las rápidas unidades modernas, es curiosamente
más vieja que la implementación del motor de pasos.
Se trata de los motores de desplazamiento lineal, controlados electrónicamente. La compleji-
dad electrónica asociada al manejo de estos motores, los ha hecho prohibitivos para los discos
de bajo costo. Pero gracias a la evolución electrónica, la reducción de tamaño y precio de los
circuitos asociados, todas las unidades modernas cuentan con motores de este tipo.
El principio de funcionamiento del motor es muy sencillo y elemental: funciona como un par-
lante. Una bobina se desplaza por el campo magnético fijo de un imán, en respuesta a la ener-
gía eléctrica que recibe de un circuito electrónico. La complejidad radica en la tecnología ne-
cesaria para lograr que ese movimiento pueda ser controlado.
Tan similar es la operación a un parlante, que a la bobina del motor lineal se la conoce como
Voice Coil <-vois coil->, que en inglés significa bobina de voz.
Las ventajas que podemos enumerar rápidamente son: 1) Operación totalmente silenciosa. 2)
alta velocidad de reacción. 3) Son extremadamente compactos. 4) Se pueden enviar a una po-
Cabezales
Figura 10.8
sición definida rápidamente, como por ejemplo para quitar las cabezas de la zona de trabajo
frente a un corte inesperado o programado de energía.
En la figura 10.8, se puede observar la implementación de un motor lineal, en un disco mo-
derno. Observemos el tamaño que ocupa este motor, y comparémoslo con el de la figura 10.7.
Instituto Tecnológico Argentino THP / Clase 10 7
En la figura 10.9, se ha desmontado el imán, dejando al descubierto la bobina (voice coil), pa-
ra poder apreciar la sencillez interna del motor lineal.
Imán
(desmontado)
Bobinado
del motor
Figura 10.9
Brazos
3.4 PLACA ELECTRÓNICA DE CONTROL
Todos los componentes internos que hemos visto, dependen de la placa electrónica, para co-
ordinar sus funciones.
El motor de rotación por ejemplo, debe girar a una velocidad fija y constante. Los discos mo-
dernos de alta velocidad hacen girar sus platos a más de 10.000 revoluciones por minuto. El
circuito electrónico que controla y corrige la velocidad de rotación, reside en la placa electró-
nica de control (ver figura 10.10).
El motor lineal y su compleja electrónica
de control de posicionamiento, también
residen en la placa electrónica.
Además allí reside tanto la lógica necesaria para la activación de una cabeza del
conjunto, como la amplificación y
descodificación de datos
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