estructura lÓgica del disco duro

Discos Duros: Estructura Lgica

Tecnico en Sistemas Microinformticos

Formateo de un Disco DuroMuchas personas no notan la diferencia entre el formateo de bajo nivel (tambin llamado formateo fsico) y el formateo de alto nivel (tambin llamado formateo lgico). Aunque los discos rgidos pueden ser muy chicos, an as contienen millones de bits y, por lo tanto, necesitan organizarse para poder ubicar la informacin. Este es el propsito del sistema de archivos. La superficie de cada cilindro, uniforme en un principio, se divide durante el formateo (esto significa que se magnetizan las partculas de la superficie...) en pequeas secciones que luego pueden ubicarse ms fcilmente.

Formateo de bajo nivelEl propsito del formateo de bajo nivel es dividir la superficie del disco en elementos bsicos:

pistas sectores cilindros

Recuerde que el disco rgido se compone de varios discos circulares que giran alrededor de un eje y que estn cubiertos a cada lado por xido magntico. Al estar polarizados, stos pueden utilizarse para almacenar datos.

Las pistas son las reas concntricas escritas a ambos lados del disco.

Por ltimo, 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 fsico consiste en organizar la superficie de cada disco en entidades llamadas pistas y sectores, mediante la polarizacin de reas 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 concntrica. Cuando el cabezal pasa de una pista a la siguiente, deja un espacio. Cada pista se organiza a s misma en sectores (con una numeracin que comienza desde el 1) y se separa por espacios. Cada uno de estos sectores comienza con un rea reservada para la informacin del sistema denominada prefijo. y termina con un rea denominada sufijo El propsito 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 travs de pruebas que el fabricante lleva a cabo.

Suma de controlDurante 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 (invlida). A partir de ese momento, no puede ser utilizado y se lo "marca como defectuoso". Al leer los datos, el disco enva un valor que depende del contenido del paquete enviado, el cual se almacena inicialmente junto con los datos. El sistema calcula este valor basndose en los datos recibidos, y, luego, lo compara con el que se almacena junto con los datos. Si estos dos valores difieren, los datos

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pierden su validez y es posible que se produzca un problema en la superficie del disco. La verificacin de redundancia cclica (CRC (por sus siglas en ingls)), se basa en el mismo principio para verificar la integridad de un archivo. Las utilidades de anlisis como scandisk o chkdsk funcionan de manera diferente: escriben los datos en sectores considerados como vlidos 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 nivelEl formateo lgico ocurre luego del formateado de bajo nivel. Crea un sistema de archivos en los discos que le permitir 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 lgico depender del tipo de sistema operativo que usted instale. Entonces, si usted formatea su disco con un solo sistema de archivos, esto reduce naturalmente el nmero y el tipo de sistemas operativos que puede instalar (de hecho, slo puede instalar sistemas operativos que utilicen el mismo sistema de archivos). Afortunadamente, existe una solucin 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.

Qu es una particin?La particin de un disco rgido se lleva a cabo una vez que el disco ha sido formateado en forma fsica pero antes de formatearlo en forma lgica. Implica la creacin de reas en el disco en las que los datos no se mezclarn. Por ejemplo, puede usarse para instalar diferentes sistemas operativos que no utilizan el mismo sistema de archivos. Por lo tanto habr, 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 particin del tamao total del disco rgido, 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 lgicas. Un disco puede contener hasta cuatro particiones primarias (slo una de las cuales puede estar activa), o tres particiones primarias y una particin extendida. En la particin extendida, el usuario puede crear unidades lgicas (es decir, "simular" discos rgidos pequeos). Analicemos un ejemplo en el que el disco contiene una particin primaria y una particin extendida formada por tres unidades lgicas (ms adelante examinaremos particiones primarias mltiples):

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En el caso de los sistemas DOS (DOS, Windows 9x), slo la particin primaria se puede arrancar. Por lo tanto, es la nica en la que se puede iniciar el sistema operativo. El particionamiento es el proceso de escribir los sectores que conformarn la tabla de particin (la cual contiene informacin acerca de la particin: tamao en sectores, posicin con respecto a la particin primaria, tipos de particin existentes, sistemas operativos instalados,...) Cuando se crea una particin, se le da un nombre de volumen que le permite ser identificada fcilmente.

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 rgido (cilindro 0, cabezal 0, sector 1). ste contiene la tabla de la particin principal y el cdigo, llamado cargador de inicio, el cual, una vez cargado en la memoria, permitir que el sistema arranque. Una vez cargado en la memoria, este programa determinar desde qu particin del sistema se debe iniciar y ejecutar el programa (denominado bootstrap [arranque]) que iniciar el sistema operativo presente en la particin. Este sector del disco tambin contiene toda la informacin relacionada con el disco rgido (fabricante, nmero de serie, nmero de bytes por sector, nmero de sectores por clster, nmero de sectores,...). Por consiguiente, este sector es el ms importante del disco rgido. Tambin se usa en la instalacin del BIOS para reconocer al disco rgido. En otras palabras, sin l su disco rgido sera inservible y esto lo convierte en blanco favorito de los virus.

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Sistemas de archivosEn esta seccin, es importante diferenciar entre el sistema de archivos FAT y la tabla de asignacin de archivos (FAT, por sus siglas en ingls). FAT es el nombre del sistema de archivos que utilizan los sistemas operativos DOS (DOS y Windows 95 as como Windows NT y OS/2, los cuales la admiten). Sistema operativo Sistema de archivos asociados DOS FAT16 Windows XP NTFS Windows 98 FAT32 Windows 95 FAT16 - FAT32 (para la versin OSR2) Windows NT NTFS OS/2 HPFS Linux Linux Ext2, Linux Ext3

Los sistemas de archivos FAT se caracterizan por utilizar una tabla de asignacin de archivos y utilizar clsters (o bloques). Los clsters son las unidades de almacenamiento ms pequeas en un sistema de archivos FAT. De hecho, un clster representa un nmero fijo de sectores en el disco. La FAT (File Allocation Table [Tabla de Asignacin de Archivos]) es el corazn del sistema de archivos. Se ubica en el sector 2 del cilindro 0, cabezal 1 (y se duplica en otro sector como precaucin en caso de accidente). Esta tabla registra los nmeros de los clsters que se utilizan, y en qu parte de los clsters se ubican los archivos. El sistema de archivos FAT admite discos o particiones de hasta un mximo de 2 GB, pero slo permite un mximo de 65536 clsters. Por eso, cualquiera sea el tamao de la particin o del disco, deben haber suficientes sectores por clster para que todo el espacio del disco pueda contenerse en 65525 clsters. Como resultado, cuanto ms grande sea el disco (o la particin), mayor ser el nmero de sectores por clster. El sistema de archivos FAT utiliza un directorio raz (representado en los sistemas operativos que utilizan este tipo de sistemas de archivos por el smbolo C:\), el cual debe ubicarse en un lugar especfico del disco rgido. Este directorio raz almacena informacin en los subdirectorios y los archivos que contiene. En el caso de un archivo, almacenar:

el nombre del archivo el tamao del archivo la fecha y la hora en que el archivo se modific por ltima vez los atributos del archivo el nmero del clster con el que el archivo se ejecuta

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Cmo utilizar particiones mltiplesComo se menciono anteriormente, existen tres tipos de particiones: particiones primarias, particiones extendidas y unidades lgicas. Un disco puede contener hasta cuatro particiones primarias (slo una de las cuales puede estar activa), o tres particiones primarias y una particin extendida. En la particin extendida, el usuario puede crear unidades lgicas (es decir, crear la impresin de que hay varios discos rgidos pequeos). Particin primaria Una particin primaria se debe formatear en forma lgica y tener un sistema de archivos apropiado para el sistema operativo instalado. Si en su disco posee varias particiones primarias, slo una se mantendr activa y visible por vez, segn el sistema operativo con el que haya iniciado su ordenador. Al elegir con qu sistema operativo iniciar el sistema, usted determina que particin ser visible. La particin activa es la particin que se carga desde uno de los sistemas operativos al encender el ordenador. Todas las particiones, a excepcin de la que se utiliza para iniciar el sistema, permanecen ocultas. De esta manera, nadie puede tener acceso a sus datos. Por lo tanto, slo se puede tener acceso a los datos de una particin primaria desde el sistema operativo instalado en esa particin. Particin extendida Las particiones extendidas se desarrollaron para superar el lmite de cuatro particiones primarias, ya que en ellas se pueden crear todas las unidades lgicas que se deseen. En una particin extendida se requiere al menos una unidad lgica ya que no es posible almacenar datos en ellas en forma directa. Muchas mquinas se formatean con una particin grande que utiliza todo el espacio disponible en la unidad. Sin embargo, esta no es la solucin ms ventajosa en trminos de rendimiento y capacidad. La solucin 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 ms fcilmente

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

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El sistema de archivos NTFSEl sistema de archivos NTFS (New Technology File System [Sistema de archivos de nueva tecnologa]) se basa en una estructura llamada "tabla maestra de archivos" o MFT, la cual puede contener informacin detallada en los archivos. Este sistema permite el uso de nombres extensos, aunque, a diferencia del sistema FAT32, distingue entre maysculas y minsculas. En cuanto al rendimiento, el acceso a los archivos en una particin NTFS es ms rpido que en una particin de tipo FAT, ya que usa un rbol binario de alto rendimiento para localizar a los archivos. En teora, el tamao lmite de una particin es de 16 exabytes (17 mil millones de TB). Sin embargo, el lmite fsico 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 versin 5 de este sistema de archivos (estndar en Windows 2000 [cuyo seudnimo es NT 5]) brinda an ms opciones nuevas, como ser un alto rendimiento y cuotas de disco por volumen definidas para cada usuario. NTFS v.5 tambin debera admitir la administracin remota...

Tabla maestra de archivosLa Tabla maestra de archivos es una tabla de valores numricos. Cada celda de estos valores describe la asignacin de clsters de una particin. En otras palabras, es el estado (utilizado o no por un archivo) de cada clster en la particin en la que est 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 particin. El primer registro, llamado descriptor, contiene informacin acerca de la MFT (una copia de esta informacin 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 particin. Los siguientes registros, que constituyen lo que se conoce como el ncleo, hacen referencia a cada archivo y directorio de la particin en la forma de objetos con atributos asignados. Esto implica que la informacin que concierne a cada archivo se almacena en un archivo y ste se registra dentro de la MFT. Por lo tanto, la MFT es una estructura de almacenamiento de los datos en la particin y no una lista de clsters.

Qu es la fragmentacin?Cuando usted guarda un archivo en un disco (que en un principio est vaco), toda la informacin concerniente a este archivo se escribe secuencialmente. Es decir, una pieza atrs de la otra. Al guardar un segundo archivo, ste se escribir a continuacin del primero, y as consecutivamente.

Sin embargo, cuando se elimina un archivo, se produce un espacio vaco en el disco. Por lo tanto, los siguientes archivos llenarn los "agujeros", y sus piezas se dispersarn por el disco. Este fenmeno es an ms pronunciado en un disco rgido, que tiene mayor capacidad y contiene una enorme cantidad de archivos.

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

Cmo se puede remediar esta fragmentacin?Copiar, mover y eliminar archivos es inevitable, ya que el sistema est constantemente escribiendo archivos temporales. Por este motivo, debe utilizar una herramienta de desfragmentacin, 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. As, se podrn crear archivos ms "compactos". Se recomienda usar una utilidad de desfragmentacin regularmente (una vez por mes aproximadamente) que reorganice los datos almacenados en el disco.

Algunos consejos para la desfragmentacinLa herramienta de desfragmentacin 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 ms espacio disponible haya en el disco, ms sencilla ser la desfragmentacin. Asimismo, si se cambian los datos durante la desfragmentacin, la herramienta debe volver a calcular cmo mover los archivos para tener en cuenta estos nuevos cambios. Por lo tanto, es fundamental cerrar todas las aplicaciones abiertas antes de iniciar la desfragmentacin. Ahora bien, el sistema operativo cuenta con procesos que se ejecutan de fondo y tienen acceso al disco rgido (especialmente si la cantidad de RAM en el sistema es insuficiente, debido a la creacin 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 configuracin que se carga es mnima. Para reiniciar el ordenador en modo a prueba de errores, debe presionar la tecla F8 inmediatamente despus de prender el ordenador (prueba de RAM y deteccin de disco) y justo antes de que aparezca el mensaje Windows se est iniciando.

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Discos dinmicos.Es un mtodo de almacenamiento introducido a partir del lanzamiento de Windows 2000 y soportado por todas las versiones posteriores de Windows a excepcin de Windows XP Home, que carece de soporte para este tipo de almacenamiento. Los discos dinmicos tienen caractersticas y funcionalidades que no pueden ser utilizadas con los discos bsicos. Si con los discos bsicos hablbamos de particiones y unidades lgicas, en los discos dinmicos tenemos que hablar de volmenes dinmicos. Este tipo de volmenes pueden ser de cinco tipos: simples, distribuidos, seccionados, reflejados y RAID-5 Quizs la mejor forma de entender qu es un disco dinmico sea viendo los diferentes tipos de volmenes que soporta:Volumen reflejado: Los volmenes

reflejados usan dos copias llamadas espejo, aunque aparecen como una nica 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 fcil de imaginar: al funcionar el sistema con copias espejo, la fiabilidad de los datos almacenados es mayor. Normalmente los volmenes reflejados funcionan con discos separados, ya que de este modo, si uno de los discos fallase, el sistema podra 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 caractersticas cuando se creen volmenes de este tipo y utilizar controladoras independientes para cada disco ya que esto aumenta la tolerancia a errores, sobre todo si queremos reflejar volmenes de sistema o de inicio. Un volumen reflejado tambin es llamado RAID-1.Volumen distribuido: Es una forma de repartir el espacio no asignado en

un sistema con varios discos en una nica unidad lgica, lo cual permite utilizar ms 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 tamao 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: Podramos decir que es

una variante del volumen distribuido, ya que tambin utiliza el espacio de varios discos y los convierte en una nica unidad lgica. Este tipo de volumen utiliza un tipo especial de formato para escribir en el disco y tiene ms rendimiento que el volumen distribuido. En contraprestacin, 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 dinmicos en caso de que sea necesario y tampoco se pueden reflejar. Quiz sea la forma menos fiable de almacenamiento dinmico ya que si uno de los discos contenidos en el volumen seccionado falla, el resto del volumen fallar tambin. Aunque, vuelvo a repetir, que de todos los tipos de volmenes dinmicos existentes ste es el que mayor rendimiento ofrece, por lo que es utilizado en sistemas con grandes volmenes de datos.Volumen RAID 5: Este tipo de volumen es

tolerante a errores, y se caracteriza por tener sus datos distribuidos en tres o ms discos fsicos. Al contrario que el RAID-0, se pueden recuperar los datos, en caso de que uno de los discos falle. Este tipo de volumen puede ser tambin implementadoPgina 9 de 10



mediante soluciones hardware, con la ventaja de que la implementacin hardware ofrece un mayor rendimiento que la implementacin del RAID-5 mediante software, ya que ste ltimo sobrecarga el procesador. Para finalizar esta primera parte, comentar que no todos estos volmenes estn disponibles en todas las versiones de Windows. La versin estndar de Windows XP Profesional slo es capaz de trabajar con volmenes simples, distribuidos y seccionados; no obstante, Windows XP Prof permite crear remotamente volmenes RAID-5 o espejados. Cundo utilizar cada uno es una decisin personal, y que depender de nuestras circunstancias. Si tenemos una mquina 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 dinmicos (Windows XP Home y toda la gama de Win9x) no podr tampoco ser utilizado, si convertimos nuestro disco duro bsico en dinmico. Otra precaucin a tener en cuenta antes de realizar una conversin de este tipo es que, aunque un disco duro bsico puede ser convertido a dinmico la conversin de dinamico a basico, no es factible sin prdida de datos. Es decir, que para llevarla a cabo es necesario eliminar todos los volmenes dinmicos (con la consiguiente prdida de datos). Tampoco es posible utilizar discos dinmicos en medios extrables.

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