sector de disco

En el almacenamiento de discos de computadora , un sector es una subdivisión de una pista en un disco magnético u óptico . Para la mayoría de los discos, cada sector almacena una cantidad fija de datos accesibles para el usuario, tradicionalmente 512 bytes para unidades de disco duro (HDD) y 2048 bytes para CD-ROM , DVD-ROM y BD-ROM . ^{[ 1 ]} Las unidades de disco duro (HDD) y las unidades de estado sólido (SSD) más recientes utilizan sectores de 4096 bytes (4 KiB ), lo que se conoce como formato avanzado (AF). 

El sector es la unidad mínima de almacenamiento de una unidad de disco. ^{[ 2 ]} La mayoría de los esquemas de particionamiento de disco están diseñados para que los archivos ocupen un número entero de sectores, independientemente del tamaño real del archivo. Los archivos que no llenan un sector completo tendrán el resto de su último sector lleno de ceros. En la práctica, los sistemas operativos suelen operar con bloques de datos , que pueden abarcar varios sectores. ^{[ 3 ]}

Geométricamente, la palabra sector significa una porción de un disco entre un centro, dos radios y un arco correspondiente (véase la Figura 1, elemento B), que tiene forma de rebanada de pastel. Por lo tanto, el sector del disco (Figura 1, elemento C) se refiere a la intersección de una pista y un sector geométrico .

En las unidades de disco modernas, cada sector físico se compone de dos partes básicas: el área de encabezado del sector (generalmente llamada "ID") y el área de datos. El encabezado del sector contiene información utilizada por la unidad y el controlador; esta información incluye bytes de sincronización, identificación de dirección , indicador de fallos e información de detección y corrección de errores. El encabezado también puede incluir una dirección alternativa que se utilizará si el sector es defectuoso . La identificación de dirección se utiliza para asegurar que la mecánica de la unidad haya posicionado el cabezal de lectura/escritura en la ubicación correcta. El área de datos contiene los bytes de sincronización, los datos de usuario y un código de corrección de errores (ECC) que se utiliza para verificar y, posiblemente, corregir errores que se hayan introducido en los datos.

La primera unidad de disco, la IBM 350 de 1957 , tenía diez sectores de 100 caracteres por pista; cada carácter contenía seis bits de datos y un bit de paridad. El número de sectores por pista era idéntico en todas las superficies de grabación. No había ningún campo de identificador (ID) registrado asociado a cada sector. ^{[ 4 ]}

El sistema de almacenamiento en disco IBM 1301 de 1961 introdujo sectores de longitud variable, denominados registros o registros físicos por IBM, y añadió a cada registro un campo de dirección de registro separado de los datos que contiene. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Todas las unidades de disco modernas tienen campos de dirección de sector, llamados campos de ID, separados de los datos que contiene un sector.

También en 1961, Bryant, con su serie 4000, introdujo el concepto de grabación por zonas (ZBR), que permitía que el número de sectores por pista variara en función del diámetro de la pista: hay más sectores en una pista exterior que en una interior. ^{[ 7 ]} A finales de la década de 1980, la ZBR se volvió a utilizar en las unidades de disco anunciadas por Imprimis y Quantum ^{[ 8 ]} y para 1997 su uso en la industria era omnipresente. ^{[ 9 ]}

Las unidades de disco y otros DASD presentados con el IBM System/360 en 1964 utilizaban sectores de longitud variable con autoformato, denominados registros o registros físicos por IBM. Detectaban errores en todos los campos de sus registros mediante una comprobación de redundancia cíclica (CRC), que sustituía la detección de paridad por carácter de las generaciones anteriores. Estos registros físicos de IBM constan de tres partes básicas: un campo Count, que actúa como campo ID; un campo Key opcional para facilitar la búsqueda de datos; y un campo Data. En la práctica, la mayoría de los registros carecían de un campo Key, indicado por una longitud de clave de cero. La estructura de estos tres campos se denomina formato de pista CKD para un registro.

El sistema de almacenamiento en disco IBM 3330 de 1970 reemplazó el CRC en el campo de datos de cada registro con un código de corrección de errores (ECC) para mejorar la integridad de los datos al detectar la mayoría de los errores y permitir la corrección de muchos de ellos. ^{[ 10 ]} Finalmente, todos los campos de los sectores del disco tenían ECC.

Antes de la década de 1980, existía poca estandarización en los tamaños de sector; las unidades de disco tenían un número máximo de bits por pista y los distintos fabricantes de sistemas subdividían la pista en diferentes tamaños de sector para adaptarse a sus sistemas operativos y aplicaciones. La popularidad de la PC a partir de la década de 1980 y la llegada de la interfaz IDE a finales de la misma década propiciaron que un sector de 512 bytes se convirtiera en un tamaño de sector estándar de la industria para discos duros y dispositivos de almacenamiento similares. ^{[ 11 ]}

En la década de 1970, IBM añadió dispositivos de almacenamiento de acceso directo con arquitectura de bloque fijo (FBA DASD) a su línea de CKD DASD. Los CKD DASD admitían múltiples sectores de longitud variable, mientras que los IBM FBA DASD admitían tamaños de sector de 512, 1024, 2048 o 4096 bytes.

En 2000, la organización comercial de la industria, International Disk Drive Equipment and Materials Association ( IDEMA ), comenzó a trabajar para definir la implementación y los estándares que regirían los formatos de tamaño de sector que superaban los 512 bytes para acomodar futuros aumentos en las capacidades de almacenamiento de datos. ^{[ 11 ]} A finales de 2007, anticipándose a un futuro estándar de IDEMA, Samsung y Toshiba comenzaron a enviar unidades de disco duro de 1,8 pulgadas con sectores de 4096 bytes. En 2010, IDEMA completó el estándar de formato avanzado para unidades de 4096 sectores, ^{[ 11 ]} estableciendo la fecha para la transición de sectores de 512 a 4096 bytes en enero de 2011 para todos los fabricantes, ^{[ 12 ]} y las unidades de formato avanzado pronto se volvieron predominantes.

Si un sector se define como la intersección entre un radio y una pista, como ocurría con los primeros discos duros y la mayoría de los disquetes, los sectores exteriores del disco son físicamente más largos que los más cercanos al eje. Dado que cada sector contiene el mismo número de bytes, los sectores exteriores tienen una menor densidad de bits que los interiores, lo que supone un uso ineficiente de la superficie magnética. La solución es la grabación de bits por zonas, en la que el disco se divide en zonas, cada una de las cuales abarca un pequeño número de pistas contiguas. Cada zona se divide a su vez en sectores de forma que cada sector tenga un tamaño físico similar. Como las zonas exteriores tienen una circunferencia mayor que las interiores, se les asignan más sectores. Esto se conoce como grabación de bits por zonas . ^{[ 16 ]}

Una consecuencia del registro de bits por zonas es que las lecturas y escrituras contiguas son notablemente más rápidas en las pistas exteriores (que corresponden a direcciones de bloque más bajas) que en las pistas interiores, ya que pasan más bits por debajo del cabezal con cada rotación; esta diferencia puede ser del 25 % o más.

En 1998, el tamaño tradicional de sector de 512 bytes se identificó como un obstáculo para el aumento de la capacidad, que en aquel entonces crecía a un ritmo superior a la Ley de Moore . El aumento de la longitud del campo de datos mediante la implementación del formato avanzado, que utiliza sectores de 4096 bytes, eliminó este obstáculo; incrementó la eficiencia de la superficie de datos entre un cinco y un trece por ciento, a la vez que mejoró la robustez de la codificación ECC, lo que permitió una mayor capacidad. El formato fue estandarizado por un consorcio industrial en 2005 y, para 2011, se había incorporado a todos los nuevos productos de todos los fabricantes de discos duros.