Dentro de un disco duro: Cabezal, Plato, PCB y Motor del husillo

1. Bandeja

El plato es el disco brillante que se ve en la imagen superior. Este disco suele estar hecho de aluminio, vidrio o cerámica. El vidrio ofrece una superficie más plana, por lo que los discos duros más pequeños, como los que se usan en las computadoras portátiles, tienen platos de vidrio. Estos deben pulirse para que la rugosidad de la superficie sea inferior a 1 Angstrom (10⁻¹⁰ m). Luego, los platos se recubren con una capa inferior adhesiva y múltiples capas de aleaciones magnéticas y no magnéticas de un nanómetro de espesor. Finalmente, se deposita una capa protectora a base de carbono y una fina película lubricante para una mayor durabilidad.

Ahora vamos a entender cómo se organizan los datos en la plataforma. Para ello, necesitamos comprender cuatro términos: pistas, cilindros, sectores y dominios.

• Las pistas son círculos concéntricos en la superficie del plato.
• 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 que abarcan varios platos.

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

Como se mencionó 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 muy vulnerables, por lo que incluso una partícula de polvo, caspa, etc. (cuyo tamaño típico es de 1 a 250 micras ) puede depositarse sobre ellos, y podrían rayarse durante el funcionamiento. Esto puede provocar que el disco duro deje de funcionar y que se pierda el acceso a los datos almacenados.

Sin embargo, el plato no es el único componente vulnerable de un disco duro. El conjunto de cabezales, que aloja los cabezales de lectura/escritura, es aún más delicado. 

2. Conjunto de cabezales (HSA)

El conjunto de cabezales (HSA, por sus siglas en inglés), que se muestra a continuación, es la pieza clave que facilita que los cabezales de lectura/escritura almacenen (y accedan a) la información en los discos.

Ahora vamos a entender cómo funciona el conjunto de cabezales (HSA) .

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

El HSA tiene brazos (piezas metálicas largas) para sostener los cabezales, un circuito impreso flexible (FPC) que conecta el HSA a la PCB y transmite señales eléctricas, un motor de bobina móvil (VCM) queimpulsa el movimiento del HSA, y deslizadores y cabezales que son los mecanismos reales de lectura y escritura de datos.

Para comprender plenamente su funcionamiento, debemos examinar más de cerca el cabezal de lectura/escritura y su intrincado diseño.

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

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

Un concepto importante a explorar aquí es la altura de vuelo: la distancia extremadamente pequeña entre el cabezal de lectura/escritura y el plato. Esta distancia es crucial para la precisión en las operaciones de lectura/escritura. Es increíblemente pequeña, generalmente entre 5 y 10 nanómetros. Para ponerlo en contexto, un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 25 000 nanómetros. Esta altura de vuelo tan reducida es necesaria para lograr precisión en la lectura y escritura.

Si la altura de vuelo fuera mayor, se reduciría la precisión, y si fuera menor, aumentaría el riesgo de golpes en la cabeza (cuando la cabeza choca con el plato).

Dada la pequeña altura de vuelo, incluso partículas microscópicas de polvo o aceite pueden interrumpir el funcionamiento del cabezal o causar daños graves. Para contrarrestar esto,

• Los discos duros están equipados con filtros de recirculación para limpiar el aire interno; y
• El filtro de respiración impide que los contaminantes externos entren a través del orificio de respiración.

3. PCB

La PCB (Placa de Circuito Impreso) es la columna vertebral electrónica de un disco duro. Controla las operaciones y protege los componentes.

La placa de circuito impreso (PCB) se puede comprender analizando seis de sus componentes clave, cada uno de los cuales desempeña un papel vital en la funcionalidad del dispositivo.

1. En primer lugar, encontramos la unidad microcontroladora, el cerebro de la placa de circuito impreso. Esta 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. Además, gestiona la transmisión de datos a través de la interfaz SATA y supervisa el funcionamiento general del disco duro.
2. El segundo componente es la memoria o caché. Generalmente, hay un chip DDR SDRAM que almacena datos temporales para un acceso rápido. La memoria se divide en dos partes: memoria caché para un acceso rápido a los datos y memoria de firmware para almacenar las instrucciones operativas esenciales.
3. La tercera parte es el controlador VCM (controlador del motor de bobina móvil). Este controla tanto el motor del husillo 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 de memoria flash, que contiene parte del firmware necesario para el arranque y el funcionamiento del disco duro. Sin este firmware, el disco ni siquiera arrancaría.
5. La quinta parte es el sensor de impacto. Este sensor detecta vibraciones o golpes. Por ejemplo, si la unidad sufre una caída, el sensor de impacto estaciona automáticamente los cabezales para evitar daños en el disco.
6. La sexta parte es el diodo TVS (diodo de supresión de sobretensiones transitorias), que protege el disco duro contra picos de tensión. Si se produce un pico de tensión, el diodo TVS absorbe el exceso de voltaje y crea un cortocircuito para evitar daños mayores.

4. Husillo

El eje es una pieza mecánica fundamental de un disco duro. Su función es sujetar y hacer girar los platos a velocidades muy altas. Esta rotación es necesaria para que los cabezales de lectura/escritura puedan acceder a los datos de las diferentes pistas y sectores de cada plato.

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

En los discos duros modernos, el eje puede girar a velocidades que oscilan entre las 5.400 y las 7.200 RPM. Una mayor velocidad del eje permite que el cabezal de lectura/escritura alcance rápidamente el sector deseado. Algunas unidades de alto rendimiento alcanzan velocidades de hasta 15 000 RPM. Esto significa, en esencia, que en un disco duro de sobremesa, que suele tener un formato de 3,5 pulgadas, los sectores de la pista más externa de un plato se mueven a una velocidad de 250 km/h!

Conclusión

A estas alturas, ya deberías tener un conocimiento exhaustivo del intrincado funcionamiento de un disco duro.

Este resumen destaca la impresionante tecnología que hay detrás de los discos duros. Pequeñas mejoras en componentes individuales han contribuido a la continua evolución de los discos duros. A medida que la tecnología avanza, podemos esperar que sean más ligeros, rápidos, económicos y fiables.