Un HDD (Hard Disk Drive) es un dispositivo de almacenamiento secundario no volátil que guarda la información de forma magnética sobre uno o varios platos metálicos giratorios. Al ser no volátil, los datos se conservan aunque se interrumpa el suministro eléctrico.
Fue inventado por IBM en 1956 y sigue siendo ampliamente utilizado en la actualidad gracias a su elevada capacidad y bajo coste por gigabyte.
Platos (Platters): uno o varios discos circulares fabricados en aluminio, vidrio o cerámica, recubiertos de una fina capa de material magnético (generalmente óxido de hierro o aleaciones de cobalto). En ellos se almacena físicamente la información en forma de orientaciones magnéticas (norte/sur) que representan los bits 0 y 1. A mayor número de platos, mayor capacidad.
Motor de husillo (Spindle Motor): motor eléctrico situado en el eje central que hace girar los platos a velocidad constante. Esta velocidad se mide en RPM (revoluciones por minuto). Los valores más habituales son:
10.000 / 15.000 RPM — discos SAS para servidores de alto rendimiento.
Cabezal lector/escritor (Read/Write Head): cada cara de cada plato tiene su propio cabezal. Lee y escribe datos mediante inducción electromagnética sin llegar a tocar físicamente la superficie del plato; flota sobre él a una distancia de nanómetros gracias al cojín de aire generado por la rotación.
Brazo actuador (Actuator Arm): estructura mecánica que sostiene los cabezales y los desplaza radialmente sobre los platos. Todos los brazos se mueven solidariamente (al mismo tiempo y en la misma posición radial).
Actuador de voz (Voice Coil Actuator): motor electromagnético que controla el movimiento del brazo actuador con gran precisión. Funciona de forma similar a un altavoz (de ahí su nombre): una bobina dentro de un campo magnético produce el desplazamiento.
Memoria caché (Buffer): pequeña cantidad de memoria RAM integrada en la placa de control (típicamente entre 8 MB y 256 MB) que actúa como zona de almacenamiento temporal para acelerar las operaciones de lectura y escritura.
Imán permanente: usado por el actuador de voz para generar el campo magnético necesario para el movimiento del brazo.
Las partes lógicas son las divisiones y estructuras abstractas que el sistema operativo y el firmware utilizan para organizar y acceder a los datos. No son componentes físicos, sino conceptos de organización.
La organización lógica clásica se basa en tres parámetros geométricos:
Cada plato físico tiene dos caras (superior e inferior), cada una con su propio cabezal. El conjunto de todos los platos forma la capacidad total de almacenamiento.
Cada cara de un plato se divide en circunferencias concéntricas llamadas pistas. La pista exterior es la número 0. Un disco moderno puede tener decenas de miles de pistas por cara.
Un cilindro es el conjunto de todas las pistas que se encuentran en la misma posición radial en todos los platos y caras. Es decir, si se apilasen todas las pistas de igual radio de todos los platos, formarían un cilindro imaginario. El concepto de cilindro es importante porque el brazo actuador se desplaza a una posición radial y desde allí puede leer/escribir en todas las pistas de ese cilindro sin mover el brazo.
Cada pista se divide en arcos llamados sectores. Históricamente cada sector almacenaba 512 bytes; los discos modernos utilizan sectores de 4.096 bytes (4K). El sector es la unidad mínima de lectura/escritura del disco.
Es la unidad mínima de asignación del sistema de archivos, formada por uno o varios sectores contiguos. El sistema operativo gestiona el espacio en clústeres, no en sectores individuales. Por ejemplo, un clúster puede ser de 4, 8, 16 o 32 sectores dependiendo de la configuración.
El modelo CHS (Cilindro, Cabezal, Sector) fue sustituido por el LBA, que numera todos los sectores del disco de forma secuencial (del 0 al N), simplificando enormemente el acceso. El propio disco traduce internamente la dirección LBA a la posición física real.
Situado en el primer sector del disco (LBA 0), contiene:
- El código de arranque (bootloader primario).
- La tabla de particiones, con hasta 4 entradas de particiones primarias.
- La firma de disco (0x55AA).
Limitaciones del MBR: soporta discos de hasta 2 TB y un máximo de 4 particiones primarias (o 3 primarias + 1 extendida con particiones lógicas).
Sustituto moderno del MBR, definido por el estándar UEFI. Permite:
- Discos de hasta 9,4 ZB (zettabytes).
- Hasta 128 particiones.
- Redundancia: la tabla de particiones se guarda al principio y al final del disco.
División lógica del disco que el sistema operativo trata como una unidad independiente. Sobre cada partición se instala un sistema de archivos. Tipos:
- Primaria: partición básica, directamente accesible.
- Extendida: contenedor especial (solo en MBR) que puede albergar particiones lógicas.
- Lógica: partición dentro de una extendida.
Estructura que organiza cómo se almacenan y recuperan los datos dentro de una partición. Ejemplos:
- FAT32: simple, compatible, límite de 4 GB por archivo.
- NTFS: estándar en Windows; soporta permisos, journaling, archivos grandes.
- ext4: estándar en Linux.
- exFAT: para memorias USB y tarjetas SD.
- APFS: sistema de archivos de Apple.
El sistema de archivos gestiona elementos como:
- Tabla de asignación de archivos (FAT) o tabla MFT (NTFS): índice que registra en qué clústeres está cada archivo.
- Directorio raíz: punto de entrada de la jerarquía de carpetas.
- Metadatos: nombre, tamaño, fechas, permisos y atributos de cada archivo.
Un SSD (Solid State Drive) es un dispositivo de almacenamiento que guarda los datos en chips de memoria flash NAND, sin ninguna pieza mecánica en movimiento.
La NAND Flash almacena información en celdas de memoria de tipo flotante (floating-gate transistors). Cada celda puede almacenar uno o varios bits según su tipo:
| Tipo | Bits por celda | Rendimiento | Durabilidad | Coste |
|---|---|---|---|---|
| SLC (Single Level Cell) | 1 bit | Máximo | Máxima (~100.000 ciclos) | Muy alto |
| MLC (Multi Level Cell) | 2 bits | Alto | Alta (~10.000 ciclos) | Alto |
| TLC (Triple Level Cell) | 3 bits | Medio | Media (~3.000 ciclos) | Medio |
| QLC (Quad Level Cell) | 4 bits | Menor | Menor (~1.000 ciclos) | Bajo |
| Interfaz | Protocolo | Velocidad máx. aprox. |
|---|---|---|
| SATA III | AHCI | ~550 MB/s |
| M.2 SATA | AHCI | ~550 MB/s |
| M.2 NVMe | NVMe / PCIe 3.0 | ~3.500 MB/s |
| M.2 NVMe | NVMe / PCIe 4.0 | ~7.000 MB/s |
| M.2 NVMe | NVMe / PCIe 5.0 | ~14.000 MB/s |
| U.2 / PCIe | NVMe | Para uso empresarial |
Los chips NAND no pueden sobreescribir datos directamente: primero deben borrar el bloque completo y luego escribir. Para gestionar esto de forma eficiente, la controladora usa la FTL, una capa de traducción que:
| Característica | HDD | SSD |
|---|---|---|
| Tecnología | Magnética / mecánica | Electrónica / NAND Flash |
| Partes móviles | Sí | No |
| Velocidad secuencial | ~80–200 MB/s | ~500–14.000 MB/s |
| Tiempo de acceso (latencia) | 5–10 ms | 0,05–0,1 ms |
| IOPS | ~100–200 | ~10.000–1.000.000 |
| Ruido | Sí | No |
| Resistencia a golpes | Baja | Alta |
| Consumo energético | ~5–10 W | ~1–3 W |
| Precio por GB | Bajo | Alto |
| Capacidades habituales | 1 TB – 20 TB | 256 GB – 4 TB |
| Vida útil | Alta (sin golpes) | Limitada por ciclos TBW |
| Recuperación de datos | Más sencilla | Más compleja |
| Fragmentación | Afecta al rendimiento | No afecta (no desfragmentar) |
Documento técnico de referencia sobre almacenamiento en disco.