Dentro de un Disco Duro: Cabezal, Plato, PCB y Motor del Husillo

1. Plato

El plato es el disco brillante que se puede ver en la imagen superior. Este disco suele estar fabricado en aluminio, vidrio o cerámica. El vidrio ofrece una mayor planitud de la superficie, por lo que los discos duros más pequeños —como los que se utilizan en los ordenadores portátiles— tienen platos de vidrio. Deben pulirse de modo que la rugosidad de la superficie sea inferior a 1 angstrom (10⁻¹⁰ m). A continuación, los platos se recubren con una capa de imprimación y varias capas de aleaciones no magnéticas y magnéticas de unos pocos nanómetros de espesor. Por último, se aplica una capa superior a base de carbono y una fina película lubricante para mejorar la durabilidad.

Veamos ahora cómo se organizan los datos en el disco. Para ello, debemos comprender cuatro términos: pistas, cilindros, sectores y dominios.

• Las pistas son círculos concéntricos en la superficie del disco.
• Los sectores son subdivisiones de una pista, y cada sector almacena una cantidad fija de datos.
• Los dominios magnéticos son subdivisiones de las pistas; cada dominio representa una unidad de datos binarios (ceros y unos).
• Los cilindros son disposiciones verticales de pistas a lo largo de múltiples platos.

Entre los platos hay amortiguadores o separadores que reducen las vibraciones del aire y el ruido acústico.

Como se ha mencionado anteriormente, los discos duros solo deben abrirse en una sala limpia de clase 100 para evitar la contaminación y el daño a sus componentes sensibles. Los platos son extremadamente sensibles, por lo que, aunque solo se deposite en ellos una única mota de polvo, una escama de piel, etc. (normalmente de un tamaño de entre 1 y 250 micrómetros), el plato podría rayarse durante el funcionamiento. Esto puede dejar el disco duro inoperativo y usted podría perder el acceso a los datos almacenados en él.

Sin embargo, el plato no es el único componente sensible de una unidad de disco duro. El conjunto del cabezal, que alberga los cabezales de lectura/escritura, es aún más sensible. 

2. Conjunto de cabezales (HSA)

El conjunto de cabezales (HSA) que se muestra a continuación es el componente central que permite a los cabezales de lectura/escritura almacenar (y acceder a) la información en los platos.

Veamos ahora cómo funciona el conjunto de cabezales (HSA).

El HSA se encarga de posicionar y mover los cabezales de lectura/escritura a lo largo de los platos. Esto garantiza una alineación precisa para que los datos se lean o se escriban en el sector correcto del plato.

El HSA cuenta con brazos (componentes metálicos largos) para el montaje de los cabezales, una placa de circuito impreso flexible (FPC) que conecta el HSA a la placa base y transmite señales eléctricas, un motor de bobina móvil (VCM) que acciona el actuador del HSA, así como deslizadores y cabezales, que constituyen los mecanismos propiamente dichos para la lectura y escritura de datos.

Para comprender plenamente cómo funciona, debemos examinar más de cerca el cabezal de lectura/escritura y su compleja estructura.

El cabezal de lectura/escritura es un diminuto componente situado en la punta del deslizador que interactúa con la superficie magnética del plato.

• Durante la lectura, el cabezal detecta los dominios magnéticos (pequeñas áreas magnéticas del plato que representan ceros y unos). La señal magnética se convierte en una señal eléctrica y, a continuación, en datos digitales para el ordenador.
• Al escribir, el cabezal altera la orientación magnética de la superficie del plato para codificar nuevos datos binarios.

Un concepto importante que cabe destacar aquí es la altura de lectura: la distancia extremadamente pequeña entre el cabezal de lectura/escritura y el plato. Esta distancia es crucial para la precisión de las operaciones de lectura y escritura. Es increíblemente pequeña, oscilando normalmente entre 5 y 10 nanómetros. A modo de comparación, un cabello humano tiene un grosor de unos 25 000 nanómetros. Esta altura de lectura increíblemente baja es necesaria para garantizar la precisión durante las operaciones de lectura y escritura.

Si la altura de vuelo fuera mayor, esto perjudicaría la precisión, y si fuera menor, aumentaría el riesgo de colisiones del cabezal (en las que el cabezal choca con el plato).

Dada la minúscula altura de vuelo, incluso las partículas microscópicas de polvo o aceite pueden interferir en el funcionamiento del cabezal de lectura o causar daños graves. Para contrarrestar esto,

• los discos duros están equipados con filtros de aire de recirculación para limpiar el aire interno; y
• un filtro de entrada que impide que los contaminantes externos entren a través de la abertura de entrada.

3. Placa de circuito impreso

La placa de circuito impreso (PCB) es la columna vertebral electrónica de una unidad de disco duro. Controla el funcionamiento y protege los componentes.

Para comprender la placa de circuito impreso (PCB), basta con fijarse en seis de sus componentes clave, cada uno de los cuales desempeña un papel crucial en el funcionamiento del dispositivo.

1. En primer lugar está la unidad microcontroladora, el cerebro de la placa de circuito impreso. Combina una CPU para el procesamiento de datos y un canal de lectura-escritura para convertir las señales analógicas de los cabezales en datos digitales. También gestiona la transferencia de datos a través de la interfaz SATA y supervisa todo el funcionamiento del disco duro.
2. El segundo componente es la memoria o caché. Normalmente, hay un chip DDR SDRAM que almacena datos temporales para un acceso rápido. La memoria se divide en dos partes: la memoria de búfer/caché para el acceso rápido a los datos y la memoria de firmware para almacenar instrucciones de funcionamiento importantes.
3. La tercera parte es el controlador VCM (Voice Coil Motor Controller). Controla tanto el motor del eje, que hace girar los platos, como los movimientos de los cabezales para las operaciones de lectura y escritura. Esta es la parte del disco duro que consume más energía.
4. La cuarta parte es el chip flash, que contiene parte del firmware necesario para el arranque y el funcionamiento del disco duro. Sin este firmware, la unidad ni siquiera giraría.
5. El quinto componente es el sensor de golpes. Este sensor puede detectar vibraciones o golpes físicos. Si, por ejemplo, se deja caer la unidad, el sensor de golpes aparca automáticamente los cabezales para evitar daños en los platos.
6. El sexto componente es el diodo TVS (diodo de supresión de voltaje transitorio), que protege el disco duro de las sobretensiones. Si se produce una sobretensión, el diodo TVS absorbe el exceso de voltaje y crea un cortocircuito para evitar daños mayores.

4. Husillo

El eje es un componente mecánico central de una unidad de disco duro. Su función es sostener los platos y hacerlos girar a velocidades muy altas. Esta rotación es necesaria para que los cabezales de lectura/escritura puedan acceder a los datos de diferentes pistas y sectores de cada plato.

En los discos duros más antiguos, el motor del eje era un motor paso a paso con una precisión y fiabilidad limitadas. Los dispositivos modernos cuentan con motores avanzados, como cojinetes fluidodinámicos o motores de corriente continua sin escobillas. Estos motores ofrecen un funcionamiento más suave y son significativamente más fiables. Además, reducen el ruido y son menos propensos al desgaste.

En los discos duros modernos, el velocidad del husillo puede girar a velocidades entre 5.400 RPM y 7.200 RPM. Una mayor velocidad del husillo permite que el cabezal de lectura/escritura alcance el sector deseado más rápidamente. Algunas unidades de alto rendimiento pueden alcanzar hasta 15.000 RPM. Esto significa esencialmente que, en un disco duro de escritorio, que normalmente tiene un factor de forma de 3,5 pulgadas, los sectores en la pista más externa de un plato se mueven a una velocidad de 250 km/h.

Conclusión

A estas alturas, ya debería tener una comprensión exhaustiva del complejo funcionamiento de una unidad de disco duro.

Esta visión general destaca la impresionante tecnología detrás de los discos duros. Pequeñas mejoras en los componentes individuales han contribuido a la evolución de los discos duros. A medida que la tecnología avanza, podemos esperar que se vuelvan más ligeros, rápidos, económicos y fiables.