DISCOS DUROS EN 3D

04.02.2016 13:12

Por: Lucy Medina Velandia.   La capacidad de almacenamiento de los discos actuales está llegando a su saturación. No es posible realizar más compresión y mejoramiento de la densidad de la información, por lo que se requiere de un método alternativo que permita almacenar más datos sin alterar el tamaño de los discos duros. Muchos han sido los intentos para solucionar esto. Por ejemplo, el doctor Joel Yang dirigió un proyecto en 2004 (fortunaweb.com, 2011), y asegura que al añadir cloruro de sodio, sal común, a la superficie del disco podrá “multiplicarse por seis la capacidad de almacenamiento”. Es así como la Universidad de Singapur, en colaboración con expertos de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación, y el Instituto de Almacenamiento de Datos, están trabajando para que sea posible incrementar la densidad de grabación de los datos a 3.3 terabits por pulgada que, como ya se mencionó, equivale al aumento de seis veces la densidad de grabación de los discos duros actuales, con la salvedad que su lanzamiento se producirá hasta el 2016.

De otra parte, científicos franceses ya crearon los discos duros en 3D, por cuanto la capacidad de almacenamiento ya no puede extenderse más con la misma tecnología actual, debido a que los discos duros están formados tradicionalmente por elementos que los hacen trabajar y rendir a su máxima potencia. Así, dentro de las partes que componen un disco duro se encuentran los cabezales, que son los elementos móviles del disco duro, y los que acceden a la información. El Firmware es el software que configura el disco para que pueda funcionar, protegerlo e identificarse como tal; la electrónica es la PCB, o placa; sobre ella se encuentran el bus y la alimentación; el bus es el encargado de realizar la transferencia de los datos entre el disco duro y la PC;  a través de la electrónica, se permite la comunicación entre los componentes del disco y se verifica el funcionamiento de los mismos. La alimentación suministra la electricidad requerida para que el disco funcione. La placa está compuesta por el bus de comunicación, un microprocesador, por microcontroladores para el manejo de los periféricos, la memoria Ram, el control de posición y el giro del motor. En los platos se graban los datos sobre unos elementos rígidos cubiertos de una película magnética. El motor  es el encargado de mantener la velocidad exacta; se alimenta por medio de generadores de pulsos y se compone de bobinas que dan movimiento al eje que soporta los platos del disco. Por supuesto, tienen una carcasa que protege el disco del polvo, humedad,  temperatura, golpes, entre otros.

Todo disco duro está hecho con un principio básico, una cabeza para leer/escribir que se suspende sobre una superficie magnética y que gira con precisión y con cierta velocidad. Los discos duros son  uno de los elementos del computador que tiene dualidad en su funcionamiento: mecánica y electrónica; por ello, cada vez que se prende una PC se produce un ruido.

Las denominaciones que se le han dado a los discos duros han sido diversas; unos los llaman discos fijos, debido a que están ubicados de forma permanente dentro de la PC; también se llaman discos rígidos, por cuanto sus antítesis, los flexibles, removibles o transportables, se fabrican en capas rígidas de aluminio y pueden transportarse de un lado a otro y conectarse en PC diferentes.

Los discos duros se diferencian por su velocidad de rotación y por su capacidad. En el primer aspecto, porque,  dependiendo del tiempo de acceso, así mismo será su rendimiento. Pero para poder llegar a conseguir la velocidad ideal, se requiere conocer dos elementos importantes que la componen: de una parte, el tiempo medio de búsqueda, y de otra, la latencia. Al hablar del tiempo medio de búsqueda se refiere al tiempo que dura el cabezal en desplazarse a una determinada pista. La latencia, en cambio, se refiere a al tiempo en que tardan los datos en pasar por el cabezal. Esta relación trae consigo que si se aumenta la velocidad de rotación del disco, se reduce la latencia.

La capacidad indica el número de bytes que puede almacenar un disco. Esta capacidad de almacenamiento ha variado a lo largo de los años. Al almacenar datos en un disco, se hace a través de archivos, que no son otra cosa que una colección de bytes que, en un momento dado, son traídos del disco duro y llevados a la CPU para que allí sean procesados.

A continuación se hace un pequeño recuento del crecimiento que los discos duros han tenido para almacenar datos.

1992-1993: discos con capacidad de 40 a 80 megas.

1993-1994: discos duros con capacidad de 100-120 megas

1994: discos duros con capacidad de 214 y 260 megas

1995: discos duros con capacidad de 428  y 540 megas

1995: discos duros con capacidad de 620 y 850 megas. Al finalizar el año, se alcanzó a 1 gigabyte.

1997: discos duros con capacidad de 1.2 y 1.7 gigabytes. Al finalizar el año alcanzó 2 gigabytes.

1999: discos duros con capacidad de 8, 12 y 15 gigabytes.

Los discos duros se han construido por medio de platos, con una capacidad determinada.  Por ejemplo, un disco duro de 3,5 pulgadas por lo general está compuesto de dos, tres, cuatro platos y cada uno de ellos tiene una capacidad de 500 o 750 gigabytes; así, al sumar capacidades individuales se tendrá la capacidad total del disco.  Hoy se ha logrado que cada uno de los platos tenga capacidad de 1 terabyte, lo que dará capacidad total a los discos duros de 4 terabytes, por lo menos. Esto se debe a que  se ha logrado mejorar la densidad de cada plato; es decir, que los datos están más juntos y por lo tanto la lectura, escritura, o cualquier operación sobre los datos se hace a mayor velocidad; esto es, que se ha podido ganar un rendimiento de entre un 5 y un 10%. Esta ganancia en la densidad puede ser un arma de doble filo, porque si ocurre un imprevisto, se perderán más datos. Aunque la seguridad de los discos ha amentado para evitar fallos, no se puede menos que aconsejar para que realicen siempre los backup correspondientes de información.

La mejora de los discos no solo depende de la capacidad, sino también de la dispersión de los datos, del número de archivos que se almacenen, de la memoria de los buses, del software utilizado, etc.

Almacenar datos en un disco significa que se guardan en una superficie rígida, cubierta por una capa de aluminio que está dividida en pistas y sectores, mientras que los sectores suelen agruparse en clusters. Las pistas son círculos concéntricos y los sectores son cuñas en cada pista. Los sectores albergan un número de bytes que pueden oscilar entre 256 y 512. Los clusters son unidades de almacenamiento en los discos, que guardan un número de bytes determinados. Cuando se formatea un disco es cuando se forman los clusters con el número de bytes determinados; los clusters son del mismo tamaño, generalmente de 512 bytes. Los archivos se dividen dentro de los clusters de acuerdo con su tamaño.  Cuando el archivo supera el número de bytes del cluster, éste se almacenará en otro sitio del disco, de tal manera que el mismo archivo queda dividido y precisamente es necesario que, de vez en cuando, se haga una defragmentación del disco para que los archivos puedan quedar más juntos y la velocidad cuando se busque la información sea mayor.

Precisamente en la capacidad de los discos duros es en donde se encuentran problemas actualmente, pues llega el momento en que no es posible mejorar más la densidad, como tampoco agregar más platos, pues la estructura interna se afectaría, comprometiendo su estabilidad. Es precisamente este aspecto el que han intentado mejorar los científicos franceses de Spin Electronics Research (Spintec) en Grenoble, Francia para procurar más capacidad sin comprometer la estabilización del disco, ni mucho menos aumentar su tamaño.

Los discos actuales guardan los datos en unidades binarias, en las cuales se alberga un 1 o un 0.

Según Txaumes (2011), la técnica consiste en “reunir varias nanocapas de material magnético unas sobre otras” para formar torres de información. Lo novedoso está también en que la cabeza lectora podrá leer las capas, sobre todo las más profundas.

En el Journal of Applied Physics se indica que la investigación de los franceses consiste en la siguiente técnica, que en las unidades binarias actuales se junten o apilen dos puntos magnéticos, uno sobre el otro,  de los cuales, el punto magnético superior almacene información polarizada en forma horizontal, que podrá ser leído hacia la izquierda o hacia la derecha, mientras que el punto magnético inferior almacene información polarizada verticalmente, que se leerá hacia arriba o hacia abajo.

Aunque la técnica es novedosa, está en etapa de maduración. Pero realmente es el primer paso que se da con el fin de obtener mayor capacidad para almacenar datos en un disco duro. Se piensa que los discos denominados 3D serán los que permitirán  almacenar terabytes en pulgadas cuadradas.

Asiáticos y franceses están procurando que los grandes volúmenes de información se puedan almacenar en un solo disco, pero la información correrá más peligro de perderse, pues si se daña un solo sector del disco se perderán más datos que los que hoy en día se albergan en la misma superficie.

Referencias

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