En la actualidad tiene capacidades de hasta 500 Gbytes, velocidades de transferencia de hasta 150 MBytes/s y latencias tan pequeñas como 2 ms.
Básicamente hay 4 segmentos en el mercado de discos duros: servidores, PCs de sobremesa, portátiles y electrónica de consumo (reproductores de audio y vídeo).
Los parámetros más importantes de un disco duro, a tener en cuenta en su selección son:
Capacidad, interfaz, velocidad, fiabilidad, seguridad, tamaño, consumo de energía, ruido, condiciones ambientales de funcionamiento, ecología y precio.
Veremos en detalle cada uno de los parámetros anteriores.
1.1 Parámetros de los Discos Duros: Capacidad
• Se trata de un parámetro fundamental de cualquier dispositivo de almacenamiento y por lo tanto de un disco duro.
• Los discos duros actuales empleados en servidores tienen una capacidad típica de 75 GBytes, mientras que los empleados en PCS de sobremesa tienen una capacidad típica de 250 GBytes y los empleados en PCs portátiles de 60 GBytes.
• Los discos duros empleados en PCs de sobremesa son los que tienen en general menos restricciones tecnológicas (tamaño, velocidad, fiabilidad, consumo de energía), por lo que pueden ser de mayor capacidad.
1.2. Parámetros de los Discos Duros: Interfaz
• Define el mecanismo de conexión del disco duro con su entorno, así como el protocolo software de comunicación.
• Cada interfaz tiene asociado un valor teórico de velocidad que nunca es alcanzado por el disco duro.
• No debe confundirse la velocidad externa del disco duro, la cual viene dada por su interfaz, con la velocidad interna del mismo.
• En la práctica, los PCs de sobremesa y portátiles emplean las interfaces ATA y SATA, mientras que los servidores emplean discos duros con interfaces SATA, SAS, SCSI y Fibre Channel. Los discos duros externos emplean típicamente las interfaces USB y Firewire.
1.3. Parámetros de los Discos Duros: Velocidad
• Indica lo rápido que es capaz de escribir y leer datos el disco. Por lo tanto, nos estamos refiriendo a la velocidad interna.
• Los fabricantes proporcionan parámetros de velocidad normalmente muy optimistas. La mejor forma de evaluar la velocidad es mediante benchmarks de disco.
• Como en todo dispositivo de almacenamiento, la velocidad tiene una componente de latencia (tiempo para acceder al primer dato) y velocidad de transferencia (velocidad de acceso a los datos segundo y posteriores).
• Los fabricantes proporcionan dos tipos de parámetros de velocidad:
- Parámetros de velocidad mecánicos.
- Parámetros de velocidad electrónicos.
• Los parámetros mecánicos de velocidad fundamentales son: tiempo promedio de búsqueda, latencia rotacional y velocidad de transferencia interna.
• El tiempo promedio de búsqueda (average seek time) es el tiempo promedio necesario para situar las cabezas sobre el cilindro que contiene el primer dato a leer. Toma un valor típico de 9 ms en discos duros de PCs de sobremesa y 3 ms en en los discos duros de servidores.
• El tiempo de latencia rotacional promedio (average rotational latency) es el tiempo promedio necesario para que el primer dato pase debajo de la cabeza una vez la cabeza se ha situado en el cilindro que lo contiene. Es función de la velocidad de rotación. Un disco duro de PC de sobremesa a 7200 rpm tiene una latencia
de 4,2 ms, mientras que uno de 15000 rpm de servidor tiene una latencia de 2 ms.
• La suma del tiempo promedio de búsqueda y la latencia rotacional constituyen la latencia en el acceso al disco. Compararla con la de la memoria RAM que es de unos 10 nanosegundos (10^6 veces inferior).
• La velocidad de transferencia interna (internal transfer rate). Hay dos tipos: la máxima y la sostenida. La máxima supone que todos los datos están dentro del mismo cilindro, mientras que la sostenida supone que están en cilindros consecutivos. Los discos duros de servidores alcanzan velocidades de transferencia interna máximas de 150 MBytes/s y sostenidas de 100 MBytes/s. En la práctica es incluso menor debido a la fragmentación del sistema de archivos.
• La memoria RAM alcanza velocidades de transferencia máxima del orden de 5 GBytes/s, unas 30 veces mayor que un disco duro.
• Los parámetros eléctricos de velocidad son: interfaz (ya vista), la cantidad de memoria cache de disco y el empleo de hardware de reordenación de comandos de disco.
• Los discos incorporan una cache que almacena datos leídos del disco que no han sido solicitados, pero que tienen una elevada probabilidad de ser solicitados en un futuro próximo. En el caso de escrituras, la cache de disco es más problemática ¿Por qué? Las capacidades típicas de cache están entre 8 y 16 MBytes.
• El hardware de reordenación de comandos gestiona las ordenes que llegan al disco ordenándolas para ahorrar movimientos de las cabezas y esperas rotacionales. No obstante, externamente se sirven en el mismo orden que se reciben. Los discos duros
SCSI incorporan la técnica Tagged Command Queuing (TCQ) y los discos duros SATA II la técnica Native Command Queuing (NCQ).
1.4. Parámetros de los Discos Duros: Fiabilidad
• Indica la capacidad que tiene el disco de cumplir con su función a lo largo del tiempo, sin errores ni averías.
• Distinguiremos parámetros de fiabilidad ante fallos catastróficos y ante fallos no catastróficos.
• Ante fallos catastróficos: AFR, MTBF, ARR, CSS y garantía.
• Porcentaje de fallo el primer año, First year Annualized Failure Rate (AFR). Indica el porcentaje de discos que se estropean dentro del primer año.
• Tiempo medio entre fallos, Mean Time Between Failures (MTBF). El nombre es muy desafortunado. Se obtiene de la expresión Nº de horas en 1 año / AFR = 8760 / AFR. Los discos duros de PCs de sobremesa tienen típicamente un MTBF de 500000 horas y los de servidores un MTBF de 1400000 horas.
• Porcentaje de retorno anual, Annualized Return Rate (ARR). Porcentaje de discos que son devueltos al fabricante por avería durante el primer año.
• Número de ciclos de encendido y apagado, Contact Start Stop (CSS). Número mínimo de ciclos de encendido y apagado que soportan todos los discos fabricados. Toma un valor típico de 50000 en los discos de PCs de sobremesa. ¿En los servidores?
• Los parámetros anteriores son poco útiles en la práctica, pues los mide el fabricante y no quiere que sean peores que los de su competencia.
• Quizás el más fiable es el número de años de garantía y las condiciones de garantía del fabricante del disco duro.
• Ante fallos no catastróficos los parámetros habituales son: tasa de errores recuperables y tasa de errores irrecuperables.
• Los errores recuperables son errores que se pueden recuperar mediante el hardware de detección y corrección de errores, o mediante reintentos de lectura. Un número elevado puede ralentizar el disco. Un valor típico en discos duros de servidor es
de 1 bit cada 10^11 bits leídos.
• Los errores irrecuperables son errores de lectura que no pueden ser recuperados. Un valor típico en un servidor es de 1 bit entre 10^15 bits leídos.
1.5. Parámetros de los Discos Duros: Seguridad
• Se trata de que nadie pueda obtener información del disco duro de un ordenador perdido o robado.
• Algunos sistemas de archivos permiten la encriptación de datos. Se hace por software, por lo que ralentiza las lecturas y escrituras. La encriptación no se hace de todo el disco completo y además la clave de encriptación se guarda en el disco.
• En la actualidad, algunos discos duros incorporan la capacidad de encriptar por hardware dentro del disco todos los datos, sin que sufra la velocidad de acceso, y además la clave de encriptación se guarda en un chip de la controladora, lo que
dificulta enormemente la obtención de dicha clave.
• Un ejemplo de la tecnología de encriptación hardware de los discos duros es la Full Disk Encription (FDE) de Seagate.
1.6. Parámetros de los Discos Duros: Tamaño
• El tamaño está muy relacionado con el campo de aplicación.
• El tamaño más habitual es el de 3,5 cm (de diámetro).
• Los discos duros de portátiles y de blade servers tienen un tamaño menor, de 2,5 pulgadas.
• El tamaño del disco limita su capacidad, pues limita la superficie de almacenamiento.
• Además, el espesor de la unidad de disco duro es función de su aplicación. Un menor espesor significa menos espacio para poner varios platos y por lo tanto menor capacidad de almacenamiento.
1.7. Parámetros de los Discos Duros: Consumo de Energia
• El consumo de energía es un parámetro clave en los discos de portátiles y tiene una importancia menor en otros segmentos de mercado.
• Debe tenerse en cuenta que la vida de un disco duro disminuye rápidamente con su temperatura de trabajo, la cual depende entre otras cosas de su consumo de energía.
• Por ejemplo, un disco duro de portátil de 80 GBytes y 5400 rpm disipa típicamente 2 W mientras está activo (durante las operaciones de búsqueda, lectura y escritura). Un disco de sobremesa de la misma capacidad que gira a 7200 rpm consume
unos 12 W. Un disco duro de servidor de la misma capacidad que gira a 15000 rpm consume aproximadamente 15 W.
1.8. Parámetros de los Discos Duros: Ruido
• El ruido puede ser determinante cuando se trata de un PC de sobremesa o portátil, pues se trabaja al lado del disco.
• Un disco duro para portátiles o PCs de sobremesa emite unos 2,5 bels (25 decibelios) cuando no está activo y 3 bels cuando está activo.
• Los discos duros para servidores son más ruidosos y emiten típicamente unos 3,5 bels cuando están activos, es decir, casi siempre.
1.9. Parámetros de los Discos Duros: Condiciones Ambientales de Funcionamiento
• Los discos duros pueden trabajar correctamente a temperaturas entre 5 ºC y 55 ºC. No obstante, la vida del disco se reduce considerablemente con la temperatura, incluso por debajo del límite de 55 ºC.
• La tolerancia a golpes y vibraciones es muy importante en el caso de discos duros externos y discos duros de portátiles. Por ejemplo, un disco duro para portátiles tiene una tolerancia a golpes durante funcionamiento de 250 Gs durante 2 ms, mientras que uno de PCs de sobremesa soporta sólo 60 Gs.
1.10. Parámetros de los Discos Duros: Ecología
• Hay una directiva de la Unión Europea, denominada RoHS, que prohíbe el uso de 6 sustancias peligrosas en la construcción de material eléctrico y electrónico y que entró en vigor a 1 de enero de 2006.
1.11. Parámetros de los Discos Duros: Precio
• Es un parámetro determinante, como en casi todo.
• El precio depende mucho del segmento de mercado. Los discos duros de PCs de sobremesa son los más baratos, mientras que los de los servidores son los más caros.
• Por ejemplo, un disco duro de unos 80 Gbytes empleado en PCs de sobremesa cuesta unos 60 euros, mientras que si se trata de un disco duro de portátiles cuesta unos 120 euros. Si se trata de un disco duro SCSI de gama baja, cuesta unos 250 euros y si es de gama alta puede rondar los 500 euros.
2. Selección del Disco Duro
• Debe elegirse teniendo en cuenta el segmento de mercado al que va dirigido: servidor, PC de sobremesa o PC portátil.
• En el caso de portátiles, deben ser discos duros de 2,5 pulgadas con bajo consumo y buena tolerancia a golpes.
• En el caso de discos duros para PCs de sobremesa deben tener interfaz ATA o SATA.
• En el caso de servidores, estos deben tener interfaz SCSI, SAS o Fibre Channel. También se pueden emplear discos duros SATA II (3 Gbits/s), que son más baratos, en partes poco críticas del sistema si el computador incluye la interfaz SAS.
• Es importante seleccionar el valor adecuado de capacidad teniendo en cuenta las necesidades presentes y futuras.
• Los parámetros de velocidad de los fabricantes hay que tomarlos con cuidado, “barren para casa”. Lo mejor es usar benchmarks.
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