Los orígenes del almacenamiento de la información (V): llega el disco duro magnético

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembros de la Real Sociedad Española de Física

En esta quinta entrega de la serie de artículos que estoy dedicando a la historia de los medios de almacenamiento de información, voy a describir el origen del medio que fue hegemónico durante más de dos décadas y que al día de hoy, sigue siendo el más utilizado en los ordenadores modernos: el disco duro magnético. De hecho y con permiso de los discos duros de estado sólido, que veremos más adelante, el disco duro magnético es todavía el procedimiento para guardar datos más extendido en la actualidad.

1. El almacenamiento por excelencia: el disco duro magnético

Veamos cuáles fueron sus orígenes, que se dilataron en el tiempo por espacio de varias décadas.

1.1 El concepto de disco duro magnético

Un paso fundamental en el almacenamiento de datos se produjo con la aparición del disco duro magnético (“Hard Disc”, en lo que sigue, HD), que en la actualidad es el medio de almacenamiento más extendido, en especial desde la aparición de los Personal Computer (PC) en 1975, con el modelo Altair 8800 -erróneamente, se suele considerar que el primer PC fue el modelo Acorn de IBM, que la compañía comercializó en 1981. La razón está en que el Altair 8800 se vendía con sus componentes desmontadas en forma de kit-.

La idea original del HD fue concebida por un científico de origen ruso, Jacob Rabinow (1910-1999). Mientras trabajaba en el National Bureau of Standards, durante la década de 1940, fue consultado para el diseño y puesta en marcha de un nuevo procedimiento para el almacenamiento de datos, que superara las limitaciones de los sistemas vigentes en aquellos años, que ya he descrito en un artículo de esta serie.

Trabajando sobre la cuestión, ideó un procedimiento heredero del método de grabación de Poulsen, que también vimos en otro artículo de esta serie. En 1949, propuso un sistema basado en discos de material magnético, en el que una cabeza de lectura/escritura magnética se desplazaba en el espacio comprendido entre varios discos que estaban montados en un eje que rotaba. Ese año Rabinow construyó un modelo experimental de su unidad de almacenamiento basada en discos, cada uno de los cuales tenía una hendidura a través de la cual y mediante un mecanismo muy ingenioso, permitía al cabezal de lectura/escritura desplazarse de un disco a otro con rapidez. Cada disco tenía un diámetro de 45 cm y podía guardar 500.000 bits de datos; el sistema se denominaba Notched-Disk Magnetic Memory Device:

Imagen de la máquina ideada por Rabinow. Recuerda un poco las antiguas máquinas de tocadiscos que había en bares y restaurantes en las décadas de 1960 y 1970

El desarrollo y evolución posterior de esta idea original del HD, como muchas otras innovaciones relacionadas con los ordenadores, se llevó a cabo en la compañía IBM a lo largo de la década de 1950. El fruto más destacado de ese ingente trabajo se obtuvo en 1970, con la patente del HD que ha equipado durante decenas de años los PC y que los sigue equipando en la actualidad -Patente US 3503060; “Direct access magnetic disc storage device”, los autores fueron William A. Goddard y John J. Lynott-; la figura muestra la imagen clave de dicha patente:

Figura principal de la patente clave de un HD, que describe un funcionamiento prácticamente idéntico al de los dispositivos actuales: la información guardada en una determinada zona del disco (los diversos sectores circulares) se lee o graba con unos dispositivos (puntos rojos) situadas en dos brazos móviles (en naranja). El disco se mueve con un motor (cinta verde) para acelerar el proceso de búsqueda.

El origen de la idea del HD fue obtener un procedimiento para acceder a la información de una manera más rápida que los métodos vigentes en aquellos años, que eran principalmente las tarjetas perforadas y las cintas magnéticas, en las que para llegar hasta una determinada información había que leer todos los datos previos -un procedimiento de acceso denominado secuencial-, de forma que si se buscaban datos guardados situados al final de un determinado archivo, el ordenador debía leer todos los datos previos, haciendo extraordinariamente lento el proceso de búsqueda. En un HD ese proceso es mucho más rápido, ya que el dispositivo puede acceder con igual facilidad a cualquier zona del disco de almacenamiento, sin necesidad de leer zonas no deseadas, siguiendo un procedimiento de búsqueda aleatorio, tal y como muestra la figura de la patente. Esta también es la forma de acceso en las memorias de ferritas, que analizamos en el artículo anterior de esta serie.

1.2 El IBM 305 RAMAC

El concepto y las ideas presentes en esta patente ya se habían utilizado por IBM años antes, cuando en septiembre de 1956 la compañía introdujo en el mercado un nuevo modelo de ordenador: el IBM 305 RAMAC (Random Access Memory Accounting). Este ordenador fue uno de los últimos en emplear válvulas de vacío como elementos de cálculo con lo que, por esta parte, no significó nada nuevo, pero fue el primer ordenador del mundo dotado con una unidad de memoria de disco duro magnético. El elemento esencial de la máquina era esa unidad, el IBM 350 Disk Storage, gracias al cual el ordenador se convirtió en un éxito en el mercado y se construyeron más de 1.000 equipos de este modelo antes de que finalizara la producción en 1961.

El 350 Disk Storage constaba de la unidad de memoria de disco magnético, los controles electrónicos y neumáticos para el mecanismo de acceso y un pequeño compresor de aire. Ya instalado, tenía 1.50 m de largo, 1.7 m de alto y 72 cm de profundidad, pesaba cerca de una tonelada y solo almacenaba 5 MB de datos. Se alquilaba a las empresas por 3.200 dólares al mes en 1957. Comparado con los equipos que utilizaban tarjetas perforadas, su capacidad de almacenamiento equivalía a la de 65.000 de estas tarjetas, con lo que su ventaja era muy evidente:

Arriba: IBM 305 RAMAC, con el operador mostrando la unidad de memoria, la 350 Disk Storage. Abajo izquierda: detalle de la unidad de memoria. Abajo derecha: una memoria 350 Disk Storage embalándose en un avión para su transporte

El IBM 350 Disk Storage mostrado en la imagen anterior, contenía 50 discos duros de aluminio de 60 cm de diámetro recubiertos de un material magnetizable, que estaban apilados verticalmente y ocupaba una superficie de 1.5 m² dentro del ordenador. Los datos se almacenaban y recuperaban mediante el uso de un brazo de acceso, similar al mostrado en la figura de la patente detallada en el punto anterior, mientras los discos de aluminio giraban a velocidades de 1.200 rpm. El tiempo de búsqueda era alrededor de 0.5 segundos, muy rápido para la época. El sistema descrito, con tamaños mucho más reducidos, sigue siendo omnipresente en la actualidad, con modelos portátiles cada vez más pequeños y con mayor capacidad de almacenamiento cada año. En el siguiente artículo de esta serie mostraré con más detalle cómo tiene lugar el proceso de grabación y de lectura de los datos de un disco duro magnético actual. En este vídeo se puede ver cómo funciona:

Ver vídeo

En los siguientes años, a medida que la memoria de almacenamiento continuó evolucionando, el HD se reveló como la solución más adaptable y adecuada, por lo que fue reemplazando a prácticamente todas las tecnologías de almacenamiento anteriores. En la actualidad, la innovación en la tecnología de HD continúa y los HD siguen evolucionando, con una capacidad asombrosa, ya que los dispositivos más recientes tienen una densidad de almacenamiento de datos de 0.4-0.8 Tbit/cm² [1]. Por comparación, el medio óptico más potente, el Blu-ray, tiene una densidad de 1.6 Tbit/cm², y las memorias Flash basadas en semiconductores, rondan los 1.3 Tbit/cm².

2. Los discos flexibles o “Floppy disk”

IBM también desarrolló los discos magnéticos flexibles (floppy disc), dispositivos consistentes en un pequeño disco protegido por una carcasa de plástico rígido, su principio de funcionamiento es el mismo que he descrito para el HD en los párrafos anteriores:

Los famosos Floppy disc de las décadas de 1970 y 1980

La idea original es de 1971 y fueron enormemente populares en las décadas de 1970 y 1980; de hecho, en cierto sentido siguen presentes en la actualidad, ya que el disco situado a la derecha de la imagen anterior es el icono de almacenamiento de los programas de edición de textos, hojas de cálculo, etc. -estrictamente, el floppy tenía un tamaño de 5¼ pulgadas, mientras que el modelo del símbolo indicado es el de 3½ pulgadas-. Dada su limitada capacidad de almacenamiento (1.44 MB), hoy en día están obsoletos y han sido substituidos por las memorias de semiconductores, los conocidos pen drive. Los disquetes tienen un uso limitado hoy en día, pero sorprendentemente todavía se usan en algunas bases nucleares de EEUU.

3. Epílogo: un cambio de paradigma aparece en el horizonte

Durante la segunda mitad del siglo XX y gracias al salto tecnológico que supuso la invención del circuito integrado, se han desarrollado otras tecnologías que pueden realizar las funciones de los HD. Los medios de almacenamiento óptico (CD, DVD, Blu-ray) y sobre todo, los denominados Discos Duros de Estado Sólido (Solid State Drives) basados en semiconductores permiten realizar dispositivos de almacenamiento con capacidades asombrosas. Veremos estos nuevos medios en próximos artículos y entenderemos cómo la llegada de los semiconductores supuso un cambio definitivo en la tecnología de almacenamiento de datos.

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[1] 1 Tbit = uno billón de bits