Estructura lógica del disco duro

Es habitual que los usuarios tengan una unidad integrada en su ordenador. Cuando un sistema operativo se instala por primera vez, se particiona en un determinado número de volúmenes. Cada volumen lógico es responsable de almacenar una determinada cantidad de información. Además, se puede formatear en diferentes sistemas de archivos y en una de las dos estructuras. A continuación nos gustaría describir la estructura del programa del disco duro con el mayor detalle posible.

En cuanto a los parámetros físicos, el disco duro consta de varias partes combinadas en un solo sistema. Si desea obtener información detallada sobre este tema, le recomendamos que consulte nuestro material independiente en el siguiente enlace, mientras pasamos al análisis del componente de software.

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Letras estándar

Al particionar un disco duro, la letra por defecto para el volumen del sistema es C, y para el segundo – D. Cartas A и B se omiten, ya que es la denominación de los diferentes formatos de disquetes. Si no hay un segundo volumen de disco duro, la letra D indicará la unidad de DVD.

Es el usuario el que tiene que particionar el disco duro asignándole las letras disponibles. Lea nuestro otro artículo en el siguiente enlace para aprender a crear esta partición manualmente.

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Estructuras MBR y GPT

Con los volúmenes y las particiones todo es muy sencillo, pero también hay estructuras. El patrón lógico más antiguo se llama MBR (Master Boot Record) y se sustituye por la avanzada GPT (GUID Partition Table). Centrémonos en cada estructura y examinémoslas en detalle.

MBR

Los discos con estructura MBR están siendo sustituidos gradualmente por GPT, pero siguen siendo populares y se utilizan en muchos ordenadores. La razón es que el Master Boot Record es el primer sector de 512 bytes del disco duro, está reservado y nunca se sobrescribe. Es responsable del arranque del sistema operativo. Esta estructura es conveniente porque permite una fácil partición de la unidad física. El principio de arranque de un disco MBR es el siguiente:

  1. Cuando el sistema se pone en marcha, la BIOS accede al primer sector y le da más control. Este sector tiene el código 0000:7C00h.
  2. Los siguientes cuatro bytes se encargan de definir el disco.
  3. Lo siguiente es una compensación a… 01BEh – Tabla de volumen del disco duro. En la siguiente captura de pantalla puede ver una explicación gráfica de la lectura del primer sector.

Ahora que se ha accedido a las particiones del disco, hay que determinar la partición activa desde la que arrancará el SO. El primer byte de este patrón de lectura identifica la partición correcta a iniciar. Los siguientes bytes seleccionan el número de cabeza para iniciar el arranque, el número de cilindros y sectores, y el número de sectores en el volumen. El orden de lectura se muestra en la siguiente imagen.

La tecnología CHS (Cylinder Head Sector) es responsable de las coordenadas de localización de la última partición de escritura de la tecnología considerada. Lee el número de cilindro, la cabeza y los sectores. La numeración de las partes mencionadas comienza con 0y los sectores con 1. Es mediante la lectura de todas estas coordenadas que se determina la partición lógica del disco duro.

La desventaja de este sistema es el direccionamiento limitado del volumen de datos. Es decir, durante la primera versión de la CHS una partición podía tener un máximo de 8 GB de memoria, lo que pronto resultó insuficiente. En su lugar se implementó el direccionamiento LBA (Logical Block Addressing), donde se rediseñó el sistema de numeración. Ahora se admiten discos de hasta 2TB. El LBA se ha perfeccionado, pero sólo afecta al GPT.

Hemos abordado con éxito el primer sector y los siguientes. En cuanto a la última, también está reservada, se llama AA55 y es responsable de comprobar la integridad del MBR y la disponibilidad de la información necesaria.

GPT

La tecnología MBR tenía una serie de defectos y limitaciones que no permitían manejar grandes cantidades de datos. No tenía sentido arreglarlo o cambiarlo, así que con el lanzamiento de UEFI, los usuarios conocieron la nueva estructura GPT. Se creó para adaptarse al constante crecimiento de la capacidad de almacenamiento y a los cambios en el funcionamiento del PC, por lo que es la solución más avanzada del momento. Se diferencia del MBR en los siguientes aspectos

  • No hay coordenadas CHS, sólo se admite una versión modificada de LBA;
  • GPT almacena dos copias de sí mismo en la unidad, una al principio del disco y otra al final. Esta solución permitirá reanimar un sector a través de la copia almacenada en caso de daño;
  • Una disposición de la estructura rediseñada, de la que hablaremos a continuación;
  • La corrección de la cabecera se verifica mediante UEFI c utilizando la suma de comprobación.

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Ahora nos gustaría contar con más detalle el principio de funcionamiento de esta estructura. Como ya se mencionó anteriormente, aquí se utiliza la tecnología LBA, que le permitirá trabajar con discos de cualquier tamaño sin problemas, y en el futuro ampliar la gama si es necesario.

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Cabe destacar que el sector MBR en GPT también está presente, es el primero y tiene un tamaño de un bit. Es necesario para el correcto funcionamiento del disco duro con hardware antiguo y también evita que los programas que no conocen GPT destruyan la estructura. Por ello, este sector se denomina de protección. Además, hay un sector de 32, 48 o 64 bits responsable de la partición; se llama cabecera primaria de GPT. Después de estos dos sectores, sigue el segundo esquema de volúmenes, y la copia GPT lo cierra todo. La estructura completa se muestra en la siguiente captura de pantalla.

Ahí termina la información general, que puede ser de interés para el usuario medio. El resto son los detalles del funcionamiento de cada sector, y estos datos no son relevantes para el usuario medio. En cuanto a la elección entre GPT o MBR, puede leer nuestro otro artículo en el que se habla de la elección de la estructura para Windows 7.

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También me gustaría añadir que GPT es una mejor opción, y de todas formas tendrás que cambiar a trabajar con soportes de esta estructura en el futuro.

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Sistemas de archivos y formato

Hablando de la estructura lógica del disco duro, es imposible no mencionar los sistemas de archivos disponibles. Por supuesto, hay muchas, pero nos gustaría detenernos en las variaciones de los dos sistemas operativos más utilizados por los usuarios comunes. Si el ordenador no puede identificar el sistema de archivos, el disco duro adquiere el formato RAW y así se muestra en el sistema operativo. Existe una solución manual para este problema. Le sugerimos que lea los detalles de esta tarea a continuación.

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Windows

  1. FAT32. Microsoft comenzó con FAT como sistema de archivos, esta tecnología ha sufrido muchos cambios en el futuro y la última versión es ahora FAT32. Lo que hace diferente a FAT32 es que no está diseñado para manejar o almacenar archivos grandes y será difícil instalar programas pesados. Sin embargo, FAT32 es universal y, al crear un disco duro externo, se utiliza para que los archivos guardados puedan leerse desde cualquier televisor o reproductor.
  2. NTFS. Microsoft introdujo NTFS para sustituir completamente a FAT32. Ahora es compatible con todas las versiones de Windows, XP y posteriores, y funciona bien en Linux, pero en Mac OS, sólo se puede leer información, no se puede escribir nada. Lo que hace que NTFS destaque es que no tiene limitaciones en el tamaño de los archivos que se pueden escribir, tiene soporte extendido para varios formatos, puede comprimir particiones lógicas y se recupera fácilmente de varios daños. Todos los demás sistemas de archivos son adecuados sobre todo para las pequeñas unidades extraíbles y rara vez se utilizan en los discos duros, por lo que no los examinaremos en el ámbito de este artículo.

Linux

Nos hemos ocupado de los sistemas de archivos de Windows. Nos gustaría prestar más atención a los tipos soportados en el sistema operativo Linux, porque también es popular entre los usuarios. Linux es compatible con todos los sistemas de archivos de Windows, pero se recomienda instalar el propio sistema operativo en una unidad especialmente diseñada para este servicio. Estas variedades son dignas de mención:

  1. Extfs fue el primer sistema de archivos para Linux. Tiene sus propias limitaciones, por ejemplo, el tamaño máximo del archivo no puede superar los 2 GB y el nombre del archivo debe tener entre 1 y 255 caracteres.
  2. Ext3 и Ext4. Nos saltamos las dos versiones anteriores de Ext ya que no son relevantes ahora. Sólo hablaremos de versiones más o menos modernas. La característica especial de este FS es el soporte de objetos de un tamaño de hasta 1 terabyte aunque cuando se trabajaba con el antiguo kernel Ext3 no soportaba elementos de más de 2GB. Otra peculiaridad es el soporte de lectura del software, escrito para Windows. Más tarde salió el nuevo FS Ext4 que permitía almacenar archivos con un tamaño de hasta 16TB.
  3. Se cree que el principal competidor de Ext4 es XFS. Su ventaja radica en su algoritmo especial de grabación, se llama “Asignación de espacio diferida”.. Cuando los datos se envían para su escritura, primero se colocan en la memoria RAM y esperan en línea para ser guardados en el espacio del disco. El traslado al disco duro se realiza sólo cuando la memoria RAM se agota o está ocupada por otros procesos. Esta secuencia permite agrupar las tareas pequeñas en tareas más grandes y reduce la fragmentación de los medios.

En cuanto a la selección del sistema de archivos para la instalación del sistema operativo, es mejor para el usuario medio elegir la opción recomendada durante la instalación. Normalmente, Etx4 o XFS. Los usuarios avanzados ya estarán adaptando el SL a sus necesidades, aplicando diferentes tipos de SL a la tarea que tengan entre manos.

El sistema de archivos se modifica después de formatear la unidad, por lo que es un proceso bastante importante no sólo para eliminar los archivos, sino también para solucionar los problemas de compatibilidad o legibilidad que puedan surgir. Le sugerimos que lea un material especial, que ofrece la descripción más detallada del procedimiento correcto para formatear el disco duro.

Leer más: ¿Qué es el formateo de disco y cómo hacerlo correctamente?

El sistema de archivos también combina grupos de sectores en clusters. Cada tipo lo hace de forma diferente y sólo es capaz de manejar un determinado número de piezas de información. Los clústeres difieren en tamaño, los pequeños son adecuados para archivos ligeros, y los grandes tienen la ventaja de ser menos propensos a la fragmentación.

La fragmentación se produce por la constante sobreescritura de datos. Con el tiempo, los archivos rotos se almacenan en partes completamente diferentes del disco y es necesario realizar una desfragmentación manual para redistribuir su ubicación y mejorar la velocidad del disco duro.

Leer más: Todo lo que necesita saber sobre la desfragmentación del disco duro

Todavía hay bastante información sobre la estructura lógica del hardware en cuestión, toma los mismos formatos de archivo y el proceso de escribirlos en sectores. Sin embargo, hoy hemos tratado de simplificar al máximo el hablar de las cosas más importantes que serán útiles de conocer para cualquier usuario de PC que quiera explorar el mundo del hardware.

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