Interfaz de disco duro

Se accede a las unidades de disco duro a través de varios tipos de bus , incluidos ATA paralelo (PATA, también llamado IDE o EIDE ; descrito antes de la introducción de SATA como ATA), Serial ATA (SATA), SCSI , Serial Attached SCSI (SAS) y Fibre Channel . En ocasiones, se utilizan circuitos puente para conectar unidades de disco duro a buses con los que no pueden comunicarse de forma nativa, como IEEE  1394 , USB , SCSI , NVMe y Thunderbolt .

Las interfaces de las unidades de disco han evolucionado desde interfaces simples que requerían controladores complejos para conectarse a una computadora hasta interfaces de alto nivel que ofrecen una interfaz consistente al sistema informático, independientemente de la tecnología interna del disco duro. La siguiente tabla enumera algunas interfaces comunes de discos duros en orden cronológico:

Las primeras interfaces de disco duro (HDD) eran interfaces de datos serie de bits que conectaban un HDD a un controlador con dos cables, uno para control y otro para datos. ^{[ a ]} Se utilizaba un cable adicional para la alimentación, inicialmente frecuentemente de CA, pero posteriormente generalmente conectado directamente a una fuente de alimentación de CC. El controlador proporcionaba funciones importantes como la conversión serie/paralelo, la separación de datos y el formateo de pistas, y requería la compatibilidad con la unidad (después del formateo) para garantizar la fiabilidad. Cada cable de control podía servir a dos o más unidades, mientras que un cable de datos dedicado (y más pequeño) servía a cada unidad.

Algunos ejemplos de estas primeras interfaces son:

• Muchas de las primeras unidades de IBM, por ejemplo, la IBM 2311 , ^{[ 1 ]} tenían una interfaz de este tipo.
• La interfaz SMD fue popular en los miniordenadores de la década de 1970.
• El ST-506 utilizaba la modulación de frecuencia modificada ( MFM ) como método de codificación de datos.
• ST412, una variante de ST-506, estaba disponible en variantes de codificación MFM o RLL (Run-Length Limited).
• La interfaz Enhanced Small Disk Interface (ESDI) era una interfaz estándar de la industria similar a ST412 que admitía velocidades de transferencia de datos más altas entre el procesador y la unidad de disco.

En las interfaces de datos serie de bits, la frecuencia de los datos, el esquema de codificación de datos tal como se escriben en la superficie del disco y la detección de errores influyeron en el diseño del controlador de soporte. Los esquemas de codificación utilizados incluyeron Modulación de Frecuencia (FM), Modulación de Frecuencia Modificada (MFM) y codificación RLL ^{[ 2 ]} en frecuencias que, por ejemplo, van desde 0,156  MHz (FM en 2311) hasta 7,5  MHz (RLL en ST412) MHz. Por lo tanto, cada vez que la tecnología interna avanzaba, había un retraso necesario mientras los controladores se diseñaban o rediseñaban para adaptarse al avance; esto, junto con el costo del desarrollo del controlador, llevó a la introducción de las interfaces serie de palabras .

La interfaz ESDI (Enhanced Small Disk Interface ) fue un intento de minimizar el tiempo de diseño del controlador al admitir múltiples velocidades de datos con un esquema de codificación de datos estándar; esto generalmente se negociaba automáticamente entre la unidad de disco y el controlador. Sin embargo, en la mayoría de los casos,  las unidades de disco ESDI de 15 o 20 megabits no eran compatibles con versiones anteriores (es decir, una unidad de disco de 15 o 20  megabits no funcionaría con un  controlador de 10 megabits). Las unidades de disco ESDI también solían tener jumpers para configurar el número de sectores por pista y (en algunos casos) el tamaño del sector.

Las interfaces seriales Word históricas conectan una unidad de disco duro a un adaptador de bus ^{[ b ]} con un solo cable para datos y control combinados. (Como en todas las interfaces antiguas mencionadas anteriormente, cada unidad también tiene un cable de alimentación adicional, generalmente conectado directamente a la fuente de alimentación). Las primeras versiones de estas interfaces solían tener una  transferencia de datos paralela de 8 bits hacia y desde la unidad, pero las versiones de 16 bits se hicieron mucho más comunes, y existen  versiones de 32 bits. La naturaleza Word de la transferencia de datos hace que el diseño de un adaptador de bus host sea significativamente más sencillo que el del controlador HDD predecesor.

• CTL-I (Controller Interface) ^{[ 3 ]} fue una interfaz serial de palabra de 8 bits introducida por IBM para sus unidades de disco duro de mainframe a partir del 3333 en 1972. ^{[ 4 ]} El 3333 fue la primera unidad en una cadena de hasta ocho unidades de disco duro tipo 3330 ; contenía un controlador CTL-I y dos unidades de disco tipo 3330. Posteriormente, la primera unidad (que contenía un controlador CTL-I) en una cadena de unidades fue designada por IBM como una unidad A. ^{[ 5 ]} Las unidades dentro de una unidad A y todas las demás unidades en una cadena tenían interfaces similares a las primeras interfaces, arriba. Las unidades A se conectaban a los IBM Directors o accesorios integrados .
• La interfaz SCSI (Small Computer System Interface) , originalmente llamada SASI por Shugart Associates System Interface, es una interfaz estándar de la industria temprana (alrededor de 1978) implementada explícitamente para minimizar los esfuerzos de integración del sistema. ^{[ 6 ]} Los discos SCSI se convirtieron en estándar en servidores y estaciones de trabajo. Commodore Amiga y Apple Macintosh implementaron unidades SCSI hasta mediados de la década de 1990, momento en el que la mayoría de los modelos habían migrado a discos de la familia ATA (y posteriormente, SATA). Recién en 2005 la capacidad de los discos SCSI quedó por detrás de la tecnología de discos ATA, aunque los discos de mayor rendimiento todavía están disponibles solo en SCSI, SAS y Fibre Channel. Las limitaciones de alcance del cable de datos permiten dispositivos SCSI externos. Originalmente, los cables de datos SCSI usaban transmisión de datos de un solo extremo (modo común), pero el SCSI de clase servidor podía usar transmisión diferencial, ya sea diferencial de bajo voltaje (LVD) o diferencial de alto voltaje (HVD). ("Los voltajes "bajo" y "alto" para SCSI diferencial son relativos a los estándares SCSI y no se ajustan al significado de bajo voltaje y alto voltaje tal como se utilizan en contextos generales de ingeniería eléctrica, como por ejemplo en los códigos eléctricos reglamentarios; tanto LVD como HVD utilizan señales de bajo voltaje (3,3 V y 5 V respectivamente) en la terminología general).

• Parallel ATA , originalmente IDE y luego estandarizado bajo el nombre AT Attachment (ATA),con el alias P-ATA o PATA añadido retroactivamente tras la introducción de la nueva variante Serial ATA . El nombre original (alrededor de 1986) reflejaba la integración del controlador con el propio disco duro. (Esa integración no era nueva con IDE, ya que se había realizado unos años antes con unidades SCSI). Mover el controlador del HDD de la tarjeta de interfaz a la unidad de disco ayudó a estandarizar la interfaz host/controlador, reducir la complejidad de programación en el controlador del dispositivo host y reducir el costo y la complejidad del sistema. La conexión IDE/ATA de 40 pines transfiere 16 bits de datos a la vez en el cable de datos. El cable de datos era originalmente de 40 conductores, pero posteriormente los requisitos de mayor velocidad para la transferencia de datos hacia y desde el disco duro llevaron a un modo "ultra DMA", conocido como UDMA . Las versiones progresivamente más rápidas de este estándar añadieron finalmente el requisito de una variante de 80 conductores del mismo cable, donde la mitad de los conductores proporciona la conexión a tierra necesaria para mejorar la calidad de la señal de alta velocidad al reducir la diafonía . La interfaz para 80 conductores solo tiene 39 pines; el pin que falta actúa como llave para evitar la inserción incorrecta del conector en un zócalo incompatible, una causa común de daños en discos y controladores.

Las modernas interfaces serie de 8 bits conectan un disco duro a un adaptador de interfaz de bus de host (actualmente, en un PC, suele estar integrado en el " puente sur ") mediante un único cable de datos/control. Cada disco también dispone de un cable de alimentación adicional, normalmente conectado directamente a la fuente de alimentación.

• La interfaz Standard Disk Interconnect (SDI) de DEC fue un ejemplo temprano de una interfaz serie de bits moderna.
• Fibre Channel (FC) es el sucesor de la interfaz SCSI paralela en el mercado empresarial. Es un protocolo serie. En las unidades de disco, se suele utilizar la topología de conexión Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL). FC tiene un uso mucho más amplio que el de las simples interfaces de disco y es la piedra angular de las redes de área de almacenamiento (SAN). Recientemente,también se han desarrollado otros protocolos para este campo, como iSCSI y ATA over Ethernet . Curiosamente, las unidades suelen utilizar cables de par trenzado de cobre para Fibre Channel, no fibra óptica. Esta última se reserva tradicionalmente para dispositivos de mayor tamaño, como servidores o controladores de matrices de discos .

• Serial ATA (SATA). El cable de datos SATA tiene un par de datos para la transmisión diferencial de datos al dispositivo y otro par para la recepción diferencial desde el dispositivo, al igual que EIA-422 . Esto requiere que los datos se transmitan en serie. Un sistema de señalización diferencial similar se utiliza en RS485 , LocalTalk , USB , FireWire y SCSI diferencial .
• SCSI de conexión en serie (SAS). SAS es un protocolo de comunicación en serie de nueva generación para dispositivos, diseñado para permitir transferencias de datos mucho más rápidas y compatible con SATA. SAS utiliza un conector de datos y alimentación mecánicamente idéntico al de los discos duros SATA1/SATA2 estándar de 3,5 pulgadas, y muchos controladores RAID SAS para servidores también son capaces de direccionar discos duros SATA. SAS utiliza comunicación en serie en lugar del método paralelo presente en los dispositivos SCSI tradicionales, pero sigue utilizando comandos SCSI.

• Sitio web del Grupo de Trabajo sobre Discos Duros del Museo de Historia de la Computación
• Pistas y zonas de HDD
• Disco duro desde el interior