En informática, o disco ríxido ou disco duro (en inglés: hard disk drive, HDD) é o dispositivo de almacenamento de datos que emprega un sistema de gravación magnética para almacenar ficheiros dixitais. Componse dun ou máis pratos ou discos ríxidos, unidos por un mesmo eixo que vira a gran velocidade dentro dunha caixa metálica selada. Sobre cada prato, e en cada unha das súas caras, sitúase un cabezallo de lectura/escritura que flota sobre unha delgada lámina de aire xerada pola rotación dos discos. É memoria non volátil.
O primeiro disco duro foi inventado por IBM, en 1956. Ao longo dos anos, diminuíron os prezos dos discos duros, ao mesmo tempo que multiplicaron a súa capacidade, sendo a principal opción de almacenamento secundario para ordenadores persoais, desde a súa aparición nos anos 1960. Os discos duros mantiveron a súa posición dominante grazas aos constantes incrementos na densidade de gravación, que se mantivo ó par das necesidades de almacenamento secundario.
Os tamaños tamén variaron moito, desde os primeiros discos IBM ata os formatos estandarizados actualmente: 3,5 polgadas os modelos para PC e servidores, e 2,5 polgadas os modelos para dispositivos portátiles. Todos se comunican co ordenador a través do controlador de disco, empregando unha interface estandarizada. Os máis comúns ata os anos 2000 foron IDE (tamén chamado ATA ou PATA), SCSI (xeralmente usado en servidores e estacións de traballo). Desde o 2000 en diante aumentou o uso dos SATA. Existe tamén a tecnoloxía FC, empregada exclusivamente en servidores.
Para poder utilizar un disco duro, un sistema operativo debe aplicar un formato de baixo nivel que defina unha ou máis particións. A operación de formatado require o uso dunha fracción do espazo dispoñible no disco, que dependerá do sistema de ficheiros ou formato empregado. Ademais, os fabricantes de discos duros, unidades de estado sólido e tarxeta flash miden a capacidade dos mesmos usando prefixos do Sistema Internacional, que empregan múltiplos de potencias de 1000 segundo a normativa IEC e IEEE, en lugar dos prefixos binarios, que empregan múltiplos de potencias de 1024, e son os usados por sistemas operativos de Microsoft. Isto provoca que nalgúns sistemas operativos sexan representados como múltiplos de 1024 e noutros como múltiplos de 1000 e, xa que logo, existan confusións, por exemplo, un disco duro de 500 GB, nalgúns sistemas operativos será representado como 465 GiB (é dicir gibibytes; 1 GiB = 1024 MiB) e noutros como 500 GB.
Historia miniatura|Antigo disco duro de IBM (modelo 62PC, «Piccolo»), de 64,5 MB, fabricado en 1979.
Ao principio os discos duros eran extraíbles, con todo, hoxe en día tipicamente veñen todos selados (agás dun oco de ventilación para filtrar e igualar a presión do aire).
O primeiro disco duro, aparecido en 1956, foi o Ramac I, presentado coa computadora IBM 350: pesaba unha tonelada e a súa capacidade era de 5 MB. Este disco duro traballaba aínda con válvulas de baleiro e requiría unha consola separada para o seu manexo.
O seu gran mérito consistía en que o tempo requirido para o acceso era relativamente constante entre algunhas posicións de memoria, a diferenza das cintas magnéticas, onde para atopar unha información dada, era necesario enrolar e desenrolar os carretes ata atopar o dato buscado, tendo moi diferentes tempos de acceso para cada posición.
A tecnoloxía inicial aplicada aos discos duros era relativamente simple. Consistía en recubrir con material magnético un disco de metal que era formatado en pistas concéntricas, que logo eran divididas en sectores. O cabezallo magnético codificaba información ao magnetizar diminutas seccións do disco duro, empregando un código binario de «ceros» e «uns». Os bits ou díxitos binarios así gravados poden permanecer intactos durante anos. Orixinalmente, cada bit tiña unha disposición horizontal na superficie magnética do disco, pero logo descubriuse como rexistrar a información dunha maneira máis compacta.
O mérito do francés Albert Fert e o alemán Peter Grünberg (ambos premio Nobel de Física polas súas contribucións no campo do almacenamento magnético) foi o descubrimento do fenómeno coñecido como magnetorresistencia xigante, que permitiu construír cabezallos de lectura e gravación máis sensibles, e compactar máis os bits na superficie do disco duro. Destes descubrimentos, realizados en forma independente por estes investigadores, desprendeuse un crecemento espectacular na capacidade de almacenamento nos discos duros, que se elevou un 60 % anual na década de 1990.
En 1992, os discos duros de 3,5 polgadas aloxaban 250 MB, mentres que 10 anos despois superaran 40 GB (40 000 MB).
En 2001 foi lanzado o iPod, que empregaba un disco duro que ofrecía unha capacidade alta para a época. Xunto á simplicidade, calidade e elegancia do dispositivo, este foi un factor chave para o seu éxito.
En 2005 os primeiros teléfonos móbiles que incluían discos duros foron presentados por Samsung e Nokia, aínda que non tiveron moito éxito xa que as memorias flash acabáronos desprazando, debido ao aumento de capacidade, maior resistencia e menor consumo de enerxía.
Tecnoloxía O disco duro grava os datos por magnetización direccional de materiais ferromagnéticos. Para representar os díxitos binarios (0 e 1) utilízanse cambios secuenciais na dirección da magnetización. Os datos lense do disco duro detectando as transicións da dirección da magnetización e descodificando os datos escritos orixinalmente. Utilízanse diferentes sistemas de codificación, por exemplo o Modified Frequency Modulation, o Group Code Recording ou o Run Length Limited.
O deseño típico dun disco duro consiste nun eixo que sostén un ou máis discos circulares chamados pratos (platter), onde os datos son gravados. Os pratos están feitos dun material non magnético, normalmente de vidro ou dunha aliaxe de aluminio, e están recubertos cunha fina capa superficial de material magnético, habitualmente dun groso de 10 a 20 nm (o groso dunha folla de papel corrente oscila de 0,07 a 0,18 milímetros, de 70.000 a 180.000 nm) recuberta á súa vez cunha capa de carbono como protección. Os discos máis antigos utilizaban o óxido de ferro como material magnético.
Estes pratos están deseñados para xirar a grandes velocidades, entre as 3.000 voltas ou revolucións por minuto (rpm) dos dispositivos portátiles de baixo consumo ata as 15.000 rpm no caso dos discos destinados a servidores de alto rendemento. A información é lida e escrita mentres os pratos están en rotación, mediante un mecanismo chamado cabezallo de lectura/escritura que opera moi preto da superficie magnética, a unhas decenas de nanómetros nos dispositivos máis novos. O feito de non ter contacto coa superficie permite evitar a calor que se produciría polo rozamento e aumentar a velocidade de xiro. O cabezallo de lectura e escritura (head en inglés) utilízase para detectar e modificar a magnetización do material que se atopa inmediatamente debaixo da súa posición. Nun disco moderno hai un cabezallo por cada disco magnético montado sobre un brazo común para todos os pratos. O mecanismo de posición do brazo move o cabezallo nun arco radial a través dos discos, cousa que permite que os cabezallos teñan acceso a case toda a superficie do disco a medida que vira. O brazo móvese utilizando unha bobina móbil ou, nos deseños máis antigos, un motor paso a paso.
Debido á natureza policristalina do material magnético, cada unha destas rexións magnéticas componse duns poucos centenares de grans cristalinos. Estes grans magnéticos son dun tamaño típico de 10 nm e cada un forma un dominio magnético individual. Cada rexión magnética forma en conxunto un dipolo magnético que xera un campo magnético. A capa magnética destes pratos está dividida conceptualmente en moitas rexións magnéticas moi pequenas, de medida inferior ao micrómetro, denominadas dominios magnéticos que se utilizan para codificar a información. Nos dispositivos antigos estas rexións orientábanse en sentido horizontal e paralelo á superficie do disco, pero a partir do 2005 a orientación cambiouse ao utilizar a gravación perpendicular para permitir unha menor separación dos dominios magnéticos.
Para almacenar datos de maneira fiable é necesario que o material da superficie de gravación sexa resistente á desmagnetización que se produce cando os dominios magnéticos se repelen entre si. Antigamente utilizouse óxido de ferro III como material magnético pero nos discos actuais utilízase unha aliaxe en base de cobalto. A resistencia dun material á desmagnetización coñécese como a súa coercitividade magnética (HC) e mídese en amperios por metro no Sistema Internacional, a máis coercitividade do material máis estabilidade dos datos gravados, pero necesitará máis enerxía para facelo.
Un cabezallo de escritura magnetiza unha rexión magnética mediante a xeración dun forte campo magnético local. Os primeiros discos duros utilizaban un electroimán, tanto para magnetizar unha rexión como para ler o seu campo magnético usando a indución electromagnética. As versións posteriores dos cabezalllos de indución utilizaron a tecnoloxía chamada Metal-in-Gap (MEDIO) e a de película delgada. Cando a densidade de datos aumentou empezáronse a utilizar cabezalllos de lectura que utilizaban o principio da magnetoresistencia (MR), a resistencia eléctrica do cabezallo cambiaba de acordo coa forza magnética do prato., Read/Write Head Designs
Nos desenvolvementos posteriores aplicouse a espintrónica (electrónica do spin) no deseño dos cabezallos, a magnetoresistencia era moito máis grande que nos dispositivos anteriores e recibiu o nome de magnetoresistencia xigante (GMR do inglés Giant MagnetoResistance). Nos cabezallos actuais os elementos de lectura e escritura atópanse separados, a pesar de que están moi próximos. O elemento de lectura é magneto-resistente mentres que o de lectura adoita basearse na película delgada indutiva.
Os cabezallos mantéñense sen tocar a superficie do prato grazas ao aire que hai preto da superficie do prato, este aire móvese a unha velocidade moi próxima á do prato facendo un efecto de almofada que evita o contacto do cabezallo coa superficie. A distancia entre o cabezallo e a superficie foise reducindo co tempo e na actualidade pode chegar a ser menor de 0,1 µm. Aínda así, durante as operacións de arranque e parada do disco os cabezallos tocan a superficie porque a separación depende da velocidade de xiro.
Ás unidades de disco modernas, o pequeno tamaño das rexións magnéticas fai que sexa posible que perdan o seu estado magnético debido ós efectos térmicos. Para contrarrestar este perigo, os pratos están recubertos por dúas capas magnéticas paralelas, separadas por unha capa de rutenio, un elemento non magnético, dun groso de 3 átomos, mentres que as dúas capas de material magnético son magnetizadas en sentido oposto, para reforzarse mutuamente.Terabyte Territory , American Scientist, Vol 90 Núm. 3 (Maio–Xuño 2002) páx. 212 Outra tecnoloxía utilizada para superar os efectos térmicos permitindo unha maior densidade é a gravación perpendicular, empregada comercialmente por primeira vez no 2005, e de uso moi xeral a partir do 2007.
Capacidade Os fabricantes de discos duros refírense á capacidade dun disco utilizando múltiplos do SI (en potencias de 1000), así un terabyte son 1000 xigabytes e un xigabyte son 1000 megabytes. Pero hai que facer notar que o software, e os sistemas de ficheiros, indican a capacidade en potencias de 1024, por iso o espazo dispoñible é un pouco menor que a capacidade da publicidade. A discrepancia entre os dous métodos de medida tivo graves consecuencias financeiras para polo menos un fabricante de discos duros (Western Dixital) por mor dun xuízo promovido polos consumidores argumentado que a utilización de diferentes métodos de medida era para enganalos.