Discos Duros: Estructura Lógica “Tecnico en Sistemas Microinformáticos”

Formateo de un Disco DuroMuchas personas no notan la diferencia entre el formateo de bajo nivel (también llamado formateo físico) y el formateo de alto nivel (también llamado formateo lógico).

Aunque los discos rígidos pueden ser muy chicos, aún así contienen millones de bits y, por lo tanto, necesitan organizarse para poder ubicar la información. Este es el propósito del sistema de archivos. La superficie de cada cilindro, uniforme en un principio, se divide durante el formateo (esto significa que se magnetizan las partículas de la superficie...) en pequeñas secciones que luego pueden ubicarse más fácilmente.

Formateo de bajo nivel

El propósito del formateo de bajo nivel es dividir la superficie del disco en elementos básicos:

pistas sectores cilindros

Recuerde que el disco rígido se compone de varios discos circulares que giran alrededor de un eje y que están cubiertos a cada lado por óxido magnético. Al estar polarizados, éstos pueden utilizarse para almacenar datos.

Las pistas son las áreas concéntricas escritas a ambos lados del disco.

Por último, estas pistas se dividen en piezas llamadas sectores.

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Existen millones de pistas y cada una posee entre 240 y 480 sectores.

Un cilindro contiene todos los datos ubicados en la misma pista de discos diferentes (es decir, una arriba de la otra en forma vertical) ya que esto forma un "cilindro" de datos en el espacio.

Por consiguiente, el formateo físico consiste en organizar la superficie de cada disco en entidades llamadas pistas y sectores, mediante la polarización de áreas del disco utilizando los cabezales de escritura. Las listas se numeran a partir del 0, y luego los cabezales polarizan la superficie de los discos en forma concéntrica. Cuando el cabezal pasa de una pista a la siguiente, deja un espacio. Cada pista se organiza a sí misma en sectores (con una numeración que comienza desde el 1) y se separa por espacios. Cada uno de estos sectores comienza con un área reservada para la información del sistema denominada prefijo. y termina con un área denominada sufijo El propósito del formateo de bajo nivel es, por lo tanto, el de preparar la superficie del disco para recibir datos (por este motivo, no depende del sistema operativo) e indicar "sectores defectuosos", a través de pruebas que el fabricante lleva a cabo.

Suma de control

Durante el formateo, se llevan a cabo pruebas de control (algoritmos que permiten comprobar la validez de sectores mediante las sumas de control) y cada vez que a un sector se lo considera defectuoso, se escribe en el prefijo la suma de control (inválida). A partir de ese momento, no puede ser utilizado y se lo "marca como defectuoso".

Al leer los datos, el disco envía un valor que depende del contenido del paquete enviado, el cual se almacena inicialmente junto con los datos. El sistema calcula este valor basándose en los datos recibidos, y, luego, lo compara con el que se almacena junto con los datos. Si estos dos valores

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difieren, los datos pierden su validez y es posible que se produzca un problema en la superficie del disco. La verificación de redundancia cíclica (CRC (por sus siglas en inglés)), se basa en el mismo principio para verificar la integridad de un archivo.

Las utilidades de análisis como scandisk o chkdsk funcionan de manera diferente: escriben los datos en sectores considerados como válidos y luego los leen y los comparan. Si son los mismos, la utilidad pasa al siguiente sector. De lo contrario, se marca al sector como defectuoso.

Formateo de alto nivel

El formateo lógico ocurre luego del formateado de bajo nivel. Crea un sistema de archivos en los discos que le permitirá a un sistema operativo (DOS, Windows 95, Linux, OS2, Windows XP, ...) usar el espacio en el disco para almacenar y acceder a los archivos.

Los sistemas operativos utilizan sistemas de archivos diferentes, por lo que el tipo de formateo lógico dependerá del tipo de sistema operativo que usted instale. Entonces, si usted formatea su disco con un solo sistema de archivos, esto reduce naturalmente el número y el tipo de sistemas operativos que puede instalar (de hecho, sólo puede instalar sistemas operativos que utilicen el mismo sistema de archivos).

Afortunadamente, existe una solución a este problema, que es la de crear particiones. Cada una de estas particiones puede contar de manera efectiva con su propio sistema de archivos, y, por lo tanto, usted puede instalar diferentes tipos de sistemas operativos.

¿Qué es una partición?

La partición de un disco rígido se lleva a cabo una vez que el disco ha sido formateado en forma física pero antes de formatearlo en forma lógica. Implica la creación de áreas en el disco en las que los datos no se mezclarán. Por ejemplo, puede usarse para instalar diferentes sistemas operativos que no utilizan el mismo sistema de archivos. Por lo tanto habrá, al menos, tantas particiones como sistemas operativos que usen diferentes sistemas de archivos. Si utiliza solamente un sistema operativo, es suficiente con tener una sola partición del tamaño total del disco rígido, a menos que quiera crear varias particiones para tener, por ejemplo, varias unidades en las que los datos se mantengan separados.

Existen tres tipos de particiones: particiones primarias, particiones extendidas y unidades lógicas. Un disco puede contener hasta cuatro particiones primarias (sólo una de las cuales puede estar activa), o tres particiones primarias y una partición extendida. En la partición extendida, el usuario puede crear unidades lógicas (es decir, "simular" discos rígidos pequeños).

Analicemos un ejemplo en el que el disco contiene una partición primaria y una partición extendida formada por tres unidades lógicas (más adelante examinaremos particiones primarias múltiples):

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En el caso de los sistemas DOS (DOS, Windows 9x), sólo la partición primaria se puede arrancar. Por lo tanto, es la única en la que se puede iniciar el sistema operativo.

El particionamiento es el proceso de escribir los sectores que conformarán la tabla de partición (la cual contiene información acerca de la partición: tamaño en sectores, posición con respecto a la partición primaria, tipos de partición existentes, sistemas operativos instalados,...)

Cuando se crea una partición, se le da un nombre de volumen que le permite ser identificada fácilmente.

Master Boot Record (Registro Maestro de Arranque)

El sector de arranque (denominado Master Boot Record [Registro Maestro de Arranque] o MBR) es el primer sector de un disco rígido (cilindro 0, cabezal 0, sector 1). Éste contiene la tabla de la partición principal y el código, llamado cargador de inicio, el cual, una vez cargado en la memoria, permitirá que el sistema arranque.

Una vez cargado en la memoria, este programa determinará desde qué partición del sistema se debe iniciar y ejecutará el programa (denominado bootstrap [arranque]) que iniciará el sistema operativo presente en la partición. Este sector del disco también contiene toda la información relacionada con el disco rígido (fabricante, número de serie, número de bytes por sector, número de sectores por clúster, número de sectores,...). Por consiguiente, este sector es el más importante del disco rígido. También se usa en la instalación del BIOS para reconocer al disco rígido. En otras palabras, sin él su disco rígido sería inservible y esto lo convierte en blanco favorito de los virus.

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Sistemas de archivos

En esta sección, es importante diferenciar entre el sistema de archivos FAT y la tabla de asignación de archivos (FAT, por sus siglas en inglés).

FAT es el nombre del sistema de archivos que utilizan los sistemas operativos DOS (DOS y Windows 95 así como Windows NT y OS/2, los cuales la admiten).

Sistema operativo Sistema de archivos asociadosDOS FAT16Windows XP NTFSWindows 98 FAT32Windows 95 FAT16 - FAT32 (para la versión OSR2)Windows NT NTFSOS/2 HPFSLinux Linux Ext2, Linux Ext3

Los sistemas de archivos FAT se caracterizan por utilizar una tabla de asignación de archivos y utilizar clústers (o bloques).

Los clústers son las unidades de almacenamiento más pequeñas en un sistema de archivos FAT. De hecho, un clúster representa un número fijo de sectores en el disco.

La FAT (File Allocation Table [Tabla de Asignación de Archivos]) es el corazón del sistema de archivos. Se ubica en el sector 2 del cilindro 0, cabezal 1 (y se duplica en otro sector como precaución en caso de accidente). Esta tabla registra los números de los clústers que se utilizan, y en qué parte de los clústers se ubican los archivos.

El sistema de archivos FAT admite discos o particiones de hasta un máximo de 2 GB, pero sólo permite un máximo de 65536 clústers. Por eso, cualquiera sea el tamaño de la partición o del disco, deben haber suficientes sectores por clúster para que todo el espacio del disco pueda contenerse en 65525 clústers. Como resultado, cuanto más grande sea el disco (o la partición), mayor será el número de sectores por clúster.

El sistema de archivos FAT utiliza un directorio raíz (representado en los sistemas operativos que utilizan este tipo de sistemas de archivos por el símbolo C:\), el cual debe ubicarse en un lugar específico del disco rígido. Este directorio raíz almacena información en los subdirectorios y los archivos que contiene. En el caso de un archivo, almacenará:

el nombre del archivo el tamaño del archivo la fecha y la hora en que el archivo se modificó por última vez los atributos del archivo el número del clúster con el que el archivo se ejecuta

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Cómo utilizar particiones múltiples

Como se menciono anteriormente, existen tres tipos de particiones: particiones primarias, particiones extendidas y unidades lógicas. Un disco puede contener hasta cuatro particiones primarias (sólo una de las cuales puede estar activa), o tres particiones primarias y una partición extendida. En la partición extendida, el usuario puede crear unidades lógicas (es decir, crear la impresión de que hay varios discos rígidos pequeños).

Partición primaria

Una partición primaria se debe formatear en forma lógica y tener un sistema de archivos apropiado para el sistema operativo instalado. Si en su disco posee varias particiones primarias, sólo una se mantendrá activa y visible por vez, según el sistema operativo con el que haya iniciado su ordenador. Al elegir con qué sistema operativo iniciará el sistema, usted determina que partición será visible. La partición activa es la partición que se carga desde uno de los sistemas operativos al encender el ordenador. Todas las particiones, a excepción de la que se utiliza para iniciar el sistema, permanecen ocultas. De esta manera, nadie puede tener acceso a sus datos. Por lo tanto, sólo se puede tener acceso a los datos de una partición primaria desde el sistema operativo instalado en esa partición.

Partición extendida

Las particiones extendidas se desarrollaron para superar el límite de cuatro particiones primarias, ya que en ellas se pueden crear todas las unidades lógicas que se deseen. En una partición extendida se requiere al menos una unidad lógica ya que no es posible almacenar datos en ellas en forma directa.

Muchas máquinas se formatean con una partición grande que utiliza todo el espacio disponible en la unidad. Sin embargo, esta no es la solución más ventajosa en términos de rendimiento y capacidad. La solución es crear varias particiones que le permitan:

instalar muchos sistemas operativos en su disco ahorrar espacio en su disco: aumentar la seguridad de los archivos organizar sus datos más fácilmente

Examinemos la apariencia de un sistema que contiene varios sistemas operativos:

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El sistema de archivos NTFS

El sistema de archivos NTFS (New Technology File System [Sistema de archivos de nueva tecnología]) se basa en una estructura llamada "tabla maestra de archivos" o MFT, la cual puede contener información detallada en los archivos. Este sistema permite el uso de nombres extensos, aunque, a diferencia del sistema FAT32, distingue entre mayúsculas y minúsculas.

En cuanto al rendimiento, el acceso a los archivos en una partición NTFS es más rápido que en una partición de tipo FAT, ya que usa un árbol binario de alto rendimiento para localizar a los archivos. En teoría, el tamaño límite de una partición es de 16 exabytes (17 mil millones de TB). Sin embargo, el límite físico de un disco es de 2TB.

Es a nivel de la seguridad que el NFTS se destaca, ya que permite que se definan atributos para cada archivo. La versión 5 de este sistema de archivos (estándar en Windows 2000 [cuyo seudónimo es NT 5]) brinda aún más opciones nuevas, como ser un alto rendimiento y cuotas de disco por volumen definidas para cada usuario. NTFS v.5 también debería admitir la administración remota...

Tabla maestra de archivos

La Tabla maestra de archivos es una tabla de valores numéricos. Cada celda de estos valores describe la asignación de clústers de una partición. En otras palabras, es el estado (utilizado o no por un archivo) de cada clúster en la partición en la que está ubicado.

El sistema de archivos NTFS se basa en una estructura diferente, llamada tabla maestra de archivos, que contiene registros de los archivos y directorios de la partición. El primer registro, llamado descriptor, contiene información acerca de la MFT (una copia de esta información se almacena en el segundo registro). El tercer registro contiene el archivo de registro. Este es un archivo que contiene todas las acciones llevadas a cabo en la partición. Los siguientes registros, que constituyen lo que se conoce como el núcleo, hacen referencia a cada archivo y directorio de la partición en la forma de objetos con atributos asignados. Esto implica que la información que concierne a cada archivo se almacena en un archivo y éste se registra dentro de la MFT. Por lo tanto, la MFT es una estructura de almacenamiento de los datos en la partición y no una lista de clústers.

¿Qué es la fragmentación?

Cuando usted guarda un archivo en un disco (que en un principio está vacío), toda la información concerniente a este archivo se escribe secuencialmente. Es decir, una pieza atrás de la otra. Al guardar un segundo archivo, éste se escribirá a continuación del primero, y así consecutivamente.

Sin embargo, cuando se elimina un archivo, se produce un espacio vacío en el disco. Por lo tanto, los siguientes archivos llenarán los "agujeros", y sus piezas se dispersarán por el disco. Este

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fenómeno es aún más pronunciado en un disco rígido, que tiene mayor capacidad y contiene una enorme cantidad de archivos.

Entonces, cuando el sistema obtiene acceso a un archivo, el cabezal del disco necesitará analizar todos los lugares en los que se guardaron las piezas para poder leerlas. Este procedimiento reducirá el rendimiento de la PC...

¿Cómo se puede remediar esta fragmentación?

Copiar, mover y eliminar archivos es inevitable, ya que el sistema está constantemente escribiendo archivos temporales. Por este motivo, debe utilizar una herramienta de desfragmentación, la cual es un paquete de software que puede reorganizar los archivos en el disco para que las "piezas" de un archivo se almacenen en forma contigua. Así, se podrán crear archivos más "compactos".

Se recomienda usar una utilidad de desfragmentación regularmente (una vez por mes aproximadamente) que reorganice los datos almacenados en el disco.

Algunos consejos para la desfragmentación

La herramienta de desfragmentación utiliza algoritmos para reordenar los archivos en el disco de la mejor manera posible. Los fragmentos de los archivos dispersados en el disco se mueven temporalmente, uno por uno, para liberar espacio (no utilizado por archivos) en el disco. Luego se reubican en un lugar apropiado. Cuanto más espacio disponible haya en el disco, más sencilla será la desfragmentación.

Asimismo, si se cambian los datos durante la desfragmentación, la herramienta debe volver a calcular cómo mover los archivos para tener en cuenta estos nuevos cambios. Por lo tanto, es fundamental cerrar todas las aplicaciones abiertas antes de iniciar la desfragmentación. Ahora bien, el sistema operativo cuenta con procesos que se ejecutan de fondo y tienen acceso al disco rígido (especialmente si la cantidad de RAM en el sistema es insuficiente, debido a la creación de archivos de intercambio por el sistema).

Por consiguiente, si su ordenador ejecuta Windows, se recomienda encarecidamente reiniciar el sistema en modo a prueba de errores, en el cual la configuración que se carga es mínima. Para reiniciar el ordenador en modo a prueba de errores, debe presionar la tecla F8 inmediatamente después de prender el ordenador (prueba de RAM y detección de disco) y justo antes de que aparezca el mensaje Windows se está iniciando.

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Discos dinámicos.

Es un método de almacenamiento introducido a partir del lanzamiento de Windows 2000 y soportado por todas las versiones posteriores de Windows a excepción de Windows XP Home, que carece de soporte para este tipo de almacenamiento. Los discos dinámicos tienen características y funcionalidades que no pueden ser utilizadas con los discos básicos. Si con los discos básicos hablábamos de particiones y unidades lógicas, en los discos dinámicos tenemos que hablar de volúmenes dinámicos. Este tipo de volúmenes pueden ser de cinco tipos: simples, distribuidos, seccionados, reflejados y RAID-5

Quizás la mejor forma de entender qué es un disco dinámico sea viendo los diferentes tipos de volúmenes que soporta:

Volumen reflejado: Los volúmenes reflejados usan dos copias llamadas espejo, aunque aparecen como una única entidad. Cuando se escribe cualquier dato en el volumen reflejado, inmediatamente se reproduce en las copias espejo.La funcionalidad de este tipo de volumen es fácil de imaginar: al funcionar el sistema con copias espejo, la fiabilidad de los datos almacenados es mayor. Normalmente los volúmenes reflejados funcionan con discos separados, ya que de este modo, si uno de los discos fallase, el sistema podría seguir funcionando con el disco no afectado. Para hacer esto es necesario desdoblar o romper el volumen espejado.Es especialmente importante utilizar discos de las mismas características cuando se creen volúmenes de este tipo y utilizar controladoras independientes para cada disco ya que esto aumenta la tolerancia a errores, sobre todo si queremos reflejar volúmenes de sistema o de inicio. Un volumen reflejado también es llamado RAID-1.

Volumen distribuido: Es una forma de repartir el espacio no asignado en un sistema con varios discos en una única unidad lógica, lo cual permite utilizar más eficientemente el espacio disponible y las letras de unidad, este tipo de volumen no puede ser reflejado y no es tolerante a errores, aunque permite extender su tamaño a otras unidades disponibles.

Volumen simple: Si utilizamos un solo disco para repartir el espacio no asignado, entonces llamaremos al volumen simple. Este tipo de volumen permite ser reflejado, aunque no es tolerante a errores.

Volumen seccionado : Podríamos decir que es una variante del volumen distribuido, ya que también utiliza el espacio de varios discos y los convierte en una única unidad lógica. Este tipo de volumen utiliza un tipo especial de formato para escribir en el disco y tiene más rendimiento que el volumen distribuido. En contraprestación, los fallos de escritura suelen ser mayores que en el caso del volumen distribuido. Este tipo de volumen se suele llamar RAID-0, no se pueden extender a otros discos dinámicos en caso de que sea necesario y tampoco se pueden reflejar. Quizá sea la forma menos fiable de almacenamiento dinámico ya que si uno de los discos contenidos en el volumen seccionado falla, el resto del volumen fallará también. Aunque, vuelvo a repetir, que de todos los tipos de volúmenes dinámicos existentes éste es el que mayor rendimiento ofrece, por lo que es utilizado en sistemas con grandes volúmenes de datos.

Volumen RAID – 5: Este tipo de volumen es tolerante a errores, y se caracteriza por tener sus datos distribuidos en tres o más discos físicos. Al contrario que el RAID-0, se pueden recuperar los

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datos, en caso de que uno de los discos falle. Este tipo de volumen puede ser también implementado mediante soluciones hardware, con la ventaja de que la implementación hardware ofrece un mayor rendimiento que la implementación del RAID-5 mediante software, ya que éste último sobrecarga el procesador.Para finalizar esta primera parte, comentar que no todos estos volúmenes están disponibles en todas las versiones de Windows.

La versión estándar de Windows XP Profesional sólo es capaz de trabajar con volúmenes simples, distribuidos y seccionados; no obstante, Windows XP Prof permite crear remotamente volúmenes RAID-5 o espejados.

Cuándo utilizar cada uno es una decisión personal, y que dependerá de nuestras circunstancias. Si tenemos una máquina con varios sistemas operativos deberemos tener en cuenta que si creamos un volumen espejado es probable que no podamos iniciar Windows XP Prof. Asimismo, cualquier sistema operativo que no soporte discos dinámicos (Windows XP Home y toda la gama de Win9x) no podrá tampoco ser utilizado, si convertimos nuestro disco duro básico en dinámico.Otra precaución a tener en cuenta antes de realizar una conversión de este tipo es que, aunque un disco duro básico puede ser convertido a dinámico la conversión de dinamico a basico, no es factible sin pérdida de datos. Es decir, que para llevarla a cabo es necesario eliminar todos los volúmenes dinámicos (con la consiguiente pérdida de datos). Tampoco es posible utilizar discos dinámicos en medios extraíbles.

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