UD 5. El disco duro. Sistemas de archivos. Formato de disco

Sandra Gómez y Sandra Maisón

1. Definiciones: disco duro, formato de disco y sistema de archivos.

2. Constitución y partes del disco duro. 3. Tipo de formato que se le asignan a

un disco duro. 4. Funcionamiento de un disco

convencional. 5. Tabla de asignación de archivos

(FAT16, FAT32 y NTFS) 6. Nuevos discos duros 7. Pregunta.

1. Definiciones:

Disco duro: Del inglés hard disk (HD). Sistema magnético

donde se guardan indefinidamente o por un largo de tiempo, todos los datos y programas de la computadora.

Formato de disco: Proceso de preparación de un disco duro o de un

medio externo para el vaciado del sistema de archivos. 

Sistema de archivos: Conjunto de normas y procedimientos para

almacenar la información. Todo sistema operativo tiene uno.

2. Constitución y partes del disco duro

· ATENDIENDO A SU CONSTITUCIÓN FÍSICA

1. Discos o platos:

Caras: Cada lado de un plato. Pistas o Track: Circunferencia dentro de una cara; la pista

está en el borde exterior. Sectores:  Las pistas están divididas en sectores, el

número de sectores es variable. Un sector es la unidad básica de almacenamiento de datos sobre los discos duros. Los discos duros almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores, la mayoría de los discos duros usan sectores de 512 bytes cada uno. Comúnmente es la controladora del disco duro quien determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado, en cambio en algunos modelos de disco duro se permite especificar el tamaño de un sector.

Cilindros: Conjunto de varias pistas; todas las circunferencias que están alineadas verticalmente. El cilindro 0 está compuestos por todas las pistas 0 de cada cara y así susesivamente. 

Clusters: agrupación de varios sectores, que el conjunto de ellos forman la unidad mínima de información que utilizan los sistemas operativos, la capacidad de cada cluster depende de la capacidad del disco duro y del tipo de sistema de archivos utilizado cuando se hace el formato lógico del disco.

2. Cabezal de lectura/escritura:

Parte del disco duro que lee y escribe los datos del disco. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza de lectura/escritura a cada lado del plato o disco, pero hay algunos discos de alto desempeño que tienen dos o mas cabezas.

3. Impulsor de Cabezal:

Motor que mueve los cabezales sobre el disco hasta llegar a la pista adecuada, donde esperan que los sectores correspondientes giren bajo ellos para ejecutar de manera efectiva la lectura/escritura.

Atiendiendo a su formato físico:

Pistas, varios círculos concéntricos por cada plato del disco duro que pueden organizarse verticalmente en cilindros.

Sector, varios por pista. El tamaño individual suele ser de 512 bytes.

Preámbulo, contiene bits que indican el principio del sector y a continuación el número de cilindro y sector.

Datos.

ECC, que contiene información de recuperación para errores de lectura. Este campo es variable y dependerá del fabricante.

Atendiendo a su formato de disco lógico

Podemos encontrar: El Master Boot Record, que contiene la tabla de

particiones y se encuentra en el sectorde arranque, el cual es el sector cero.

Las particiones, necesarias para poder colocar los sistemas archivos.Por tanto dentro del disco encontramos el Master Boot Record el espacio particionado y elespacio sin particionar.

3. Tipos de formato que se le asignan a un disco duro.

Como ya hemos dicho, estos sectores de 512 bytes se agrupan para su utilización efectiva en clúster, que es la unidad real más pequeña que nuestro sistema va a utilizar. Cada clúster pertenece solo a un determinado archivo, y este a su vez puede estar compuesto por uno o más clúster (tantos como sean necesarios para albergar la totalidad del archivo). 

El proceso necesario para realizar esta operación recibe el nombre de Formateo. 

Este formateo es de dos tipos diferentes: 

Formateo FísicoFormateo Lógico

Formateo Físico / Formato de bajo nivel

Define el tamaño de los sectores y su ubicación en los discos. En los discos duros este tipo de formateo no suele ser necesario

hacerlo por parte del usuario, ya que los discos duros vienen ya con el formateo físico hecho de fabrica. 

No se hace a través del sistema operativo o utilidades de estos , hay que hacerlo a través de unos programas específicos para ello,

generalmente proporcionados como utilidades por los propios fabricantes del disco. 

Este formato no se suele perder, salvo por averías causadas por campos magnéticos, elevadas temperaturas o por un problema

físico en el disco duro. 

Es muy lento, pudiendo llegar a tardarse en el varias horas .

Una vez realizado un formateo físico es totalmente imposible recuperar nada de lo que hubiera en el disco anteriormente. 

4.Funcionamiento de un disco convencional

Primero cada superficie magnética tiene asignado uno de los cabezales de lectura/escritura de la unidad como se sabe según la geometría de disco hay un cabezal de lectura/escritura para cada cara del plato.

El conjunto de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior hasta le interior de la pila de platos o discos mediante un brazo mecánico que los transporta.

Para que los cabezales tengan acceso a la totalidad de los datos es necesario que la pila de platos gire, este giro se va a realizar a una velocidad constante y no va a parar mientras esté encendido el ordenador.

Para los discos flexibles el giro se produce solo cuando se esté efectuando la operación una operación de lectura/escritura, el resto del tiempo permanece en reposo como ocurre con los disquetes.

Al realizar una operación de lectura en el disco se desplaza los cabezales de lectura/escritura hasta donde empiezan los datos.

Diferencia entre FAT16, FAT32 y NTFS

FAT16 Es el sistema de archivos para dar soporte a

los archivos de 16bits, no soportados por versiones anteriores de FAT (FAT12). 

Este sistema de archivos tiene una serie muy importante de limitaciones, entre las que destacan el límite máximo de la partición en 2Gb el utilizar cluster de 32Kb o de 64Kb y el no admitir nombres largos de archivos, estando estos limitados al formato 8+3 (ocho dígitos de nombre + tres de extensión). 

Sistema de archivos FAT32, para solucionar en buena parte las deficiencias que presentaba FAT16, pero manteniendo la compatibilidad en modo real con MS-DOS. 

Entre estas se encuentra la de superar el límite de 2Gb en las particiones, si bien se mantiene el tamaño máximo de archivo, que es de 4Gb. 

FAT32 utiliza un direccionamiento de cluster de 32bits, lo que permite manejar particiones cercanas a los 2 Tib. puede manejar particiones mayores creadas con programas de otros fabricantes.

El tamaño del cluster utilizado es de 32Kb, lo que significa que un importante desperdicio de disco. se desperdiciarían 31Kb por cada archivo de 1Kb que tengamos  

El paso de FAT16 a FAT32 se tenía que realizar en un principio formateando el disco, situación que se mantuvo hasta la salida de Windows 98, que incorporaba una herramienta para pasar de FAT16 a FAT32 sin necesidad de formatear el disco. Estos dos formatos son accesibles por una gran cantidad de sistemas operativos.Esta compatibilidad es aun mayor en FAT16 que en FAT32. 

El sistema de archivos NTFS, soporta la compresión nativa de ficheros y cifrado, también permite gestionar archivos de más de 4Gb, fijándose el tamaño máximo de estos en unos 16Tb. En cuanto a las particiones, permite un tamaño de hasta 256Tb. 

Utiliza cluster de 4Kb. Esto permite un aprovechamiento del disco mucho mayor que en FAT16 o en FAT32, ya que si el tamaño del cluster fuera de 512bytes, no existiria desperdicio de espacio). se necesita un espacio del disco bastante grande para guardar la información del formato. Hay que pensar que con este sistema, a igualdad de espacio (32Kb), para una partición NTFS basada en cluster de 4Kb tendremos ocho cluster en vez de uno solo. Esto en la practica quiere decir que para un archivo de 32Kb hay que guardar 8 direcciones en vez de una sola, pero en la práctica tenemos una muy superior capacidad de almacenamiento. 

Las particiones formateadas en NTFS no son accesibles desde MS-DOS, Windows 95, Windows 98 ni por otros sistemas operativos instalados en discos bajo sistemas FAT16 o FAT32. ya que NTFS no tiene soporte para programas de 8bits.  Se puede pasar una partición FAT32 a NTFS sin pérdida de datos, mediante comandos de consolaMi Pc en versiones anteriores de Windows, incluido XP (o Equipo en Windows Vista) no va a reconocer un disco duro mientras este no tenga alguna partición. 

No es posible pasar de un formato de nivel superior a uno de nivel inferior sin eliminar la partición y volver a crearla. 

Podemos pasar mediante software de FAT16 a FAT32 y de este a NTFS sin pérdida de información ni de nada (teniendo en cuenta siempre los riesgos que un cambio de formato de partición implican), pero no a la inversa.

Ventajas y desventajas

Fat 16/32: Las ventajas que tiene este sistema es el uso en sistemas operativos como Windows 9x o ME los discos que estén en este formato. Aunque actualmente la mayoría de ordenadores tienen sistema Windows 2000 en adelante, siempre queda alguno que utiliza sistemas anteriores. Las desventajas que tiene este sistema es que no reconoce o admite archivos de 4 o más gb con la imposibilidad que hay actualmente de grabar DVD imágenes con esos tamaños.

NTFS: Esta funcionando desde Windows 2000 en adelante. Su principal característica es el modo en que se escribe los datos al HD, ya que utiliza tecnología HOTFIX, o lo que es igual, verifica que el clúster de HD que está escribiendo, está en perfecto estado antes de hacerlo. De ahí que el sistema y la integridad de archivos sea bastante segura. Además el nivel de permisos y seguridad que se puede establecer no tiene comparación con el sistema FAT, ya que NTFS permite configuración a niveles bastante más amplios. Eso sin incluir la posibilidad de cuotas para los usuarios y varias cosas más.

En cuanto a rapidez, se pensaba que el sistema FAT era más rápido que NTFS, pero esto no es así, ya que no está reñida la funcionalidad con la rapidez. En realidad, son temas diferentes, tengas el ordenador que tengas.

Nuevos discos duros que han aparecido en el mercado

SSD son las siglas de Solid State Drive, unidad de estado sólido. Su construcción está basada en un circuito integrado semiconductor, construido en una sola pieza. A diferencia del HD convencional,donde el almacenamiento es realizado por discos magnéticos, los SSD pueden utilizar memoria flash(como en las tarjetas SD de las cámaras fotográficas) o la del propio semiconductor. Al no poseer componentes electromecánicos para la lectura de los archivos, los SSD son completamente silenciosos. Esto también facilita el acceso a los datos, algo primordial para quienes necesitan velocidad (a diferencia de los discos rígidos, donde el 'brazo' mecánico de lectura necesitar de una punta a otra para poder leer determinada información) el SSD tiene todo a mano. Además trabaja con menos temperatura y consume menos energía. Sin embargo, la capacidad de almacenamiento es mucho menor de la que puede ofrecer un HD y su costo es mayor. Los equipos que más utilizan SSD son los smartphones, las tablets y las netbooks, sin olvidar las máquinas fotográficas digitales, que utilizan este tipo de almacenamiento. Todos estos tipos de equipos no necesitan una memoria muy grande, pero necesitan que el tiempo de respuesta sea lo más rápido posible. Con respecto al precio, un HD convencional puede ser mucho más económico que un SSD, incluso teniendo una mayor capacidad. Actualmente pueden encontrarse HD de hasta 2 Tb (equivalente a2000 Gb), mientras que los SSD que habitualmente se usan son de 32, 64 u 80 Gb.

SSD HÍBRIDOS

¿Las unidades de asignación o clústeres que se crean cuando se hace el formato lógico, están contiguos?

Los clusters no pueden estar contiguos, porque se tendrían que ir llenando de forma ordenada, es decir, primero el 1, luego el 2 y así sucesivamente. Al no estar contiguos, no necesitas llenar un clúster para poder ocupar el siguiente, y así se desperdicia menos espacio.

Ejemplos: Si tenemos clusters de 2MB y archivos de 2.2 MB y los clusters

estuvieran contiguos se desperdiciarían 1.8 MB del cluster 2. Tenemos un clúster de 16 k y un archivo de 8k, ese cluster

quedaría quedaría ocupado y se desperdiciarían 8k. Si el archivo es de 18k, se ocuparían 2 clusters y se desperdiciarían 14k. Este es un ejemplo de porque no se ultilizan particiones grandes en los FAT.