Los Discos Duros (Hard Drives), son las unidades magnéticas de almacenamiento de datos que permiten guardar los programas y datos que han de ejecutarse en una computadora. A diferencia de los discos flexibles (floppy disk) estos tienen la característica de que pueden almacenar gran cantidad de información.

En el principio, en la era de las PC-XT, los discos duros eran grandes y pesadas unidades de equipo que almacenaban hasta 20 MB de información. El avance en la fabricación de chips de alta integración, en la depuración de la tecnología de servomecanismos y el mejoramiento de los materiales magnéticos, han permitido que hoy en día se tengan disponibles unidades de hasta 80 GB.

Hoy en día los DD vienen en dos sabores: IDE y SCSI. En realidad estos términos se refieren al tipo de interfaz que poseen para el intercambio de información entre procesador y el disco en sí. A continuación se explica brevemente cada una de ellas.

Los dispositivos IDE toman el nombre de Integrated Drive Electronics o Controlador Electrónico Integrado (mas o menos), esto es como consecuencia de que en sus orígenes, se requería de toda una tarjeta electrónica que controlara las funciones del disco y precisamente las primeras unidades en incorporar ésta electrónica en el cuerpo del mismo fueron las unidades IDE. Los discos SCSI en cierta forma también son IDE porque no requieren de una tarjeta dedicada a controlar su funcionamiento interno.

En realidad los discos IDE tienen una interfaz que cumple con el estándar ATA (AT Attachment), es decir, el estándar ATA define las reglas que todos los discos IDE han de seguir para que sean compatibles independientemente de la plataforma en que se utilicen. Estos discos son los más comunes encontrados hoy en día y también se les conoce como ATA, ATA-2, ultra ATA, EIDE y algunos términos más. En general se ha adoptado el término IDE para referirse a los DD que vienen dentro de las PC.

Al principio, la geometría de los discos duros se definía en función del número de cabezas, el número de pistas por superficie y el número de sectores por pista. De esta manera la información de cada disco era programada en el BIOS de la PC, para que se pudiera tener acceso a toda la información del disco. El estándar ATA definía la geometría del disco duro de la manera siguiente:

• 16 bits para el total de cilindros = 65536 cilindros max.
• 4 bits para el total de cabezas = 16 cabezas max.
• 8 bits para el total de sectores = 256 sectores max.

Desde el diseño original, las interrupciones se han utilizado para la administración de los dispositivos o periféricos con los cuales se comunica el CPU. Originalmente se asigno la interrupción 13h para el manejo de los discos duros. Sin embargo, y evidenciando un desorden en cuanto a compatibilidad de estándares, la interrupción 13h define un total de 24 bits para organizar la geometría del disco duro de la forma siguiente:

• 10 bits para el total de cilindros = 1024 cilindros max.
• 8 bits para el total de cabezas = 256 cabezas max.
• 6 bits para el total de sectores = 63 sectores max.

Ante esta situación de incompatibilidades, la capacidad máxima de un disco duro quedaba definida por los valores mínimos asignados en cada estándar de la manera siguiente:

• 10 bits para el total de cilindros = 1024 cilindros max.
• 4 bits para el total de cabezas = 16 cabezas max.
• 6 bits para el total de sectores = 63 sectores max.

El máximo de información que se podía accesar en un disco duro era: 1024*16*63*512 = 528 MB. Hay que recordar que en aquellos tiempos los discos duros no excedían los 10 MB y esta barrera se veía muy lejana de alcanzar.

Cuando los diseñadores se acercaron a esta barrera buscaron la forma de burlarla y la solución fue llamada LBA (Logical Block Addressing), la cual consiste básicamente en tomar el estándar ATA y asignar una dirección única a cada sector dentro del disco.; es decir, en vez de organizar al disco duro en cabezas, pistas y sectores, a cada sector se le asigno una dirección única. Esto precisa de soporte por parte del BIOS, es por eso que algunos sistemas antiguos no reconocen mas de los 528 MB descritos con anterioridad. Con esta nueva forma de organizar al disco, el número máximo de información que podía ser accesada era de: 1024*256*63*512 = 8.4 GB. El estándar ATA define hasta 28 bits para el direccionamiento de información entre el BIOS y disco duro, así que el máximo teórico para este estándar seria de 2^28*512 = 137.4 GB, sin embargo se planea extender hasta 64 el número de bits en el estándar ATA, con lo que se podrían manejar discos realmente monstruosos.

El avance en la tecnología de fabricación, ha requerido que los discos duros cumplan con diferentes estándares; estos definen básicamente la velocidad de transferencia de información, geometría del disco, características eléctricas, mecánicas y especiales como la prevención de fallas o la reducción del ruido. Entre las mas importantes podemos mencionar:

PIO Mode (Programmed I/O Mode): Esta es la forma mas simple de transferir información entre el disco duro y el CPU. Estos modos de transferencia no requieren ningún "driver" especial puesto que estan incluidos en el BIOS de la computadora. Puesto que es la forma mas simple de transferir información, esta se hace de una manera lenta. Los discos duros modernos no hacen referencia a estos modos de operación porque su tecnología ha rebasado las velocidades de transferencia de los "PIO modes", como se muestra en la siguiente tabla

DMA (Direct Access Mode). Conforme se avanzaba en la tecnología de los discos duros, se vio que la transferencia usando "PIO Modes" se quedaba atrás en velocidad. De esta forma se introdujo a partir de ATA-2 el modo de operación DMA Single Word. Al principio, DMA hacia transferencias de 16 bits a la vez y de hecho el modo DMA 0 tuvo poco éxito entre los fabricantes de discos duros porque ofrecía la misma velocidad de transferencia de PIO 4.

Posteriormente surgió la idea de transferir ráfagas de 16 bits, a esto se le llamo DMA Multiword. Actualmente todos los discos duros hacen uso de DMA Multiword, y lo llaman simplemente DMA. Las siguientes tablas muestran las velocidades de transferencia de los modos DMA.

UDMA (Ultra DMA) Antes de UDMA, la transferencia de información se hacia solamente durante los bordes de subida de la señal de reloj. UDMA hace transferencias tanto en el borde de subida como en el de bajada de la señal de reloj. El resultado es que la transferencia se duplica para el modo 2. El modo 4 utiliza una señal de doble transición para ofrecer una transferencia de 66.7 MB/s y para el modo 5 la interfaz es mas rápida.

• ATA Este fue el estándar utilizado en los primeros días de la PC. Definió las bases:
• Dos discos duros por canal, denominados Maestro y Esclavo (Master & Slave).
• PIO modes: 0,1 y 2.
• DMA modes: 0, 1 y 2; DMA Multiword mode 0.

• ATA-2 Integra las siguientes mejoras:
• Modos PIO mas rápidos: 3 y 4.
• Modos DMA mas rápidos: 1 y 2.
• LBA (Logical Block Addressing)

• ATA-3 Introduce cambios menores:
• Sistema SMART para la prevención de fallas internas
• Password.

• ATAPI
• La mayoría de las unidades de CD-ROM ( pronúnciese: SI-DI-ROM y NO: SI-DI-RUM) que se incluyen en las PC se anuncian como "Unidad CD-ROM IDE". Aquí otra vez se esta haciendo un uso inadecuado de términos. En realidad lo que el vendedor nos quiere decir es que esta unidad de CD-ROM se comporta como un disco IDE, es decir funciona con una extensión del estándar ATA llamado ATAPI (ATA Packet Interface). Por su naturaleza la información que se lee desde una CD no cumpliría con el estándar ATA, sin embargo se creó el estándar ATAPI para poder utilizar la electrónica del controlador IDE dentro de cada computadora, reducir el costo y aumentar la compatibilidad de estas unidades.

• ATA/ATAPI-4 También conocido como Ultra ATA33 o Ultra DMA/33:
• UDMA modos 0, 1 y 2, con transferencias de hasta 33.3 MB/s.
• Se integra un cable (opcional) mejorado de 80 pines para la conexión de la interfaz. 40 de los 80 pines llevan conexión a tierra, esto es necesario porque el diseño original de 40 pines es "ruidoso" al momento de transferir información a 33.3 MB/s.

• ATA/ATAPI-5: También conocido como Ultra ATA66 o Ultra DMA/66:
• Modos UDMA 3 y 4 con trasferencias máximas de hasta 66.7 MB/s.
• El cable de 80 pines es obligatorio.

• ATA/ATAPI-6: También conocido como Ultra ATA100 o Ultra DMA/100, este estándar aun en desarrollo deberá incluir:
• UDMA modo 5 con transferencia de hasta 100 MB/s
• Ampliación a 48 o 64 bits del direccionamiento.

Los discos IDE tienen un conector de 40 terminales y los más nuevos pueden transferir información a una velocidad de hasta 100 MB/Seg. sin requerir la participación del CPU ya que cuentan con Acceso Directo a Memoria (DMA o UDMA), existen discos IDE que ofrecen capacidades de más de 80 GB. Una PC puede manejar 4 discos a la vez, esto en realidad depende del tipo de controlador y si se requiere de más de 4 discos es posible entrar en conflictos de hardware, en ese caso la solución sería aumentar la capacidad de cada disco. La mayoría de estas unidades son internas y esto es debido a las limitaciones físicas de sus conexiones.

Los discos SCSI (Small Computer System Interface, Interfaz de Sistema de Computadora Pequeña) son discos duros creados para satisfacer los requerimientos de carga de trabajo pesada, estos discos se encuentran instalados en computadoras grandes tales como servidores o estaciones de trabajo que requieren de la máxima capacidad de transferencia de información y capacidad de almacenaje. Los discos SCSI son también por lo general más caros que los IDE. Tiene un conector de hasta 50 terminales y la velocidad de transferencia puede llegar a los 40 MB/Seg, casi 20% mejor que los discos IDE. La interfaz SCSI esta diseñada para poder soportar hasta 16 unidades simultáneamente, internas o externas.

Se tiene la idea de que los discos SCSI son mejores que los IDE, pero en realidad depende de la aplicación, Normalmente en una computadora personal no se apreciaría alguna diferencia entre un disco IDE Ultra DMA y un Ultra Wide SCSI.

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