Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte Lista de Exercícios para a Terceira Unidade

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1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte Lista de Exercícios para a Terceira Unidade Disciplina: Informática Básica Professor: Eberton da Silva Marinho ebertonsm@gmail.com Data: 25/03/2019 Data de entrega: Exercícios Dispositivos de Armazenamento Meios magnéticos Os dados são armazenados magnetizando-se determinados pontos do material magnético, permitindo que os dados sejam mantidos mesmo quando o campo magnético de gravação for retirado. Com isso a leitura posterior dos dados pode ser realizada detectando-se as correntes induzidas pelos campos magnéticos armazenados. O princípio utilizado na gravação e leitura de dados em meios magnéticos é aquele no qual a partir de um ímã é possível produzir outros. Quando o campo magnético é criado, surgem as duas polaridades opostas do imã. Outra maneira de criar um ímã é enrolar uma bobina de fio em volta de uma barra de ferro e passar uma corrente elétrica por essa bobina, um eletroímã. Dependendo do sentido da corrente elétrica na bobina, a polaridade do ímã será alterada. A Figura 1 mostra um exemplo de um campo eletromagnético criado em uma bobina onde a direção da corrente está marcada na ilustração. Figura 1. Ilustração da criação de um eletroímã a partir da passagem de uma corrente elétrica em uma bobina. Quando aproximamos o polo negativo do eletroímã de uma superfície com material magnético, ele produz um campo com polaridade inversa no material. Deste modo, a polaridade do material magnético dos meios de armazenamento é usada para armazenar dados, com a vantagem que o dado é mantido mesmo depois que a fonte de energia é retirada.

2 A gravação é realizada por um cabeçote de gravação que possui um eletroímã e magnetiza o meio magnético com os dados a serem armazenados. Para ler os dados, um cabeçote de leitura sem corrente elétrica passa sobre a superfície onde os dados estão armazenados. As partículas magnéticas induzem uma pequena corrente cujo sentido fica de acordo com a polaridade das partículas. Essas correntes são lidas e interpretadas para que se conheçam os dados gravados. Entre os artefatos que utilizam esse princípio físico para armazenar informação estão fitas magnéticas e discos magnéticos. Fitas magnéticas São tiras plásticas contínuas com uma das faces coberta por material magnético. É um meio barato de armazenamento de dados se comparado a outros meios, e possui grande capacidade de armazenamento. Porém, possui baixa velocidade de acesso. Essas fitas magnéticas são geralmente utilizadas para armazenamento de cópias de segurança, backup de dados. Apesar da grande capacidade de armazenamento, os dados só podem ser acessados de forma sequencial, ou seja, para acessar uma informação em um ponto da fita, é necessário passar por todos os outros pontos anteriores. Discos Magnéticos São superfícies circulares, metálicas ou plásticas, cobertas com material magnético que permitem o acesso direto aos dados armazenados. Para acesso direto aos dados armazenados, um disco deve ter referências (endereços) para que se consiga localizar o dado na posição desejada. Esse endereçamento recebe o nome de formatação. A formatação cria circuitos concêntrico de partículas de material magnético chamadas trilhas que são subdivididas em setores. Entre os discos flexíveis temos: o disquete (floppy disk), zip drive, jaz drive. A Figura 2 mostra alguns mecanismos utilizados para leitura e armazenamento de informações nos discos magnéticos. Figura 2. Ilustração da organização de dados e dos principais mecanismos de um disco magnético. Entre os discos magnéticos rígidos mais utilizados atualmente estão os discos rígidos (Hard Disk - HD). São compostos por vários discos de metal cobertos com material magnético. Os discos empilhados giram em um eixo comum. Cada disco usa duas cabeçotes de leitura/gravação, um para cada face. Todos os cabeçotes estão conectados a um único braço de acesso, fazendo com que se movam ao mesmo tempo.

3 Os cabeçotes de gravação e leitura das unidades de disco rígido não tocam a superfície dos discos, pois flutuam sobre uma camada de ar muito fina gerada pelo drive. A distância entre o cabeçote e a superfície do disco é de aproximadamente 4 µm. Devido a impurezas como poeira ou outros materiais poderem causar danos a superfície do disco, este é lacrado. Meios Ópticos Os meios ópticos armazenam dados que são lidos/gravados por drives que utilizam o raio laser para essa operação. Os meios ópticos podem ser divididos em três categorias: ROM: os dados gravados pelo fabricante são permanentes, não podem ser alterados e podem ser lidos muitas vezes; WORM (Write Once, Read Many): os dados são gravados uma vez e não podem mais ser alterados, porém podem ser lidos várias vezes; Regraváveis: os dados podem ser gravados e alterados um grande número de vezes; Compact Disc (CD) Disco óptico foi criado em 1979 pelas empresas Philips e Sony. Desenvolvido inicialmente para armazenar músicas, logo foi também utilizado para armazenar dados de sistemas de computação. O CD é um disco plástico de 120mm de diâmetro e 1,2mm de espessura com uma camada refletora muito fina de alumínio, que depois é coberta com um verniz protetor. No processo de gravação existe um algoritmo de detecção e correção de erros que permite, até certo ponto, que a superfície do disco seja arranhada sem prejuízo na leitura dos dados armazenados. Os CDs são compostos por quatro camadas, sendo que 99% de toda a sua espessura corresponde a policarbonato. O outro 1% restante é dividido em três camadas: uma refletiva, uma de proteção e, por fim, a etiqueta que decora o disco. O disco de policarbonato fundido tem face dupla, uma destas faces recebe uma camada metálica (normalmente de prata, mas também são encontrados discos com camadas de ouro ou platina) na qual os dados são armazenados. Sobre a camada metálica está a camada seladora, que ajuda a proteger os dados e a manter a integridade do disco. Em cima de tudo isto está a etiqueta impressa. A Figura 3 mostra a composição de um CD.

4 Figura 3. Ilustração da montagem de um CD. CDs normais, como os que você compra com músicas de um artista, não podem ser modificados e são exatamente iguais aos descritos na imagem acima. Porém, discos que permitem a gravação (CD-R) possuem um algo a mais: uma camada adicional que pode ser modificada pelo laser da gravadora. Uma tinta esverdeada (uma resina) é o composto básico desta nova camada, que fica entre a camada de policarbonato e a camada refletora. Assim, o laser é capaz de registrar novos dados no disco, permitindo que se usuários armazenem informação nos discos. Nos discos regraváveis (CD-RW), essa camada de tinta oscila entre transparente e opaca, e o nível de transparência muda de acordo com a temperatura com que o disco é aquecido. Mais quente ele se torna transparente, mais frio ele se torna opaco, e deste modo é possível registrar novos dados em um mesmo disco inúmeras vezes. Digital Video Disc (DVD) A produção de um disco de vídeo digital (DVD) é bastante semelhante à de um CD convencional. Pode haver variações de acordo com a capacidade do disco (como discos com duas camadas ou de dois lados), mas o DVD básico com capacidade de 4,7 GB é criado da seguinte forma: sobre a primeira camada de policarbonato está uma camada específica para a gravação dos dados. Ela fica sob uma camada metálica refletora e também sobre uma nova camada de policarbonato. Fechando a conta está a etiqueta impressa, totalizando cinco camadas, uma a mais do que o CD. Um DVD guarda mais dados do que um CD porque seus sulcos são menores e as faixas estão mais próximas entre si. Em resumo: o DVD aproveita melhor o espaço do disco. Os DVDs podem ser graváveis ou regraváveis, de uma ou duas camadas, de uma ou duas faces. Um disco de dupla camada possui duas camadas para gravação, um de dupla face e o de dupla camada conta com quatro. A Figura 4 mostra a composição de um DVD.

5 Figura 4. Ilustração da montagem de um CD. Blu-ray O Blu-ray tem este sugestivo nome porque usa raios azuis para ler o conteúdo do disco, ao contrário dos DVDs que usam raios vermelhos. Este formato leva vantagem em relação ao DVD pelo fato de empregar uma tecnologia diferente, o que o permite armazenar muito mais conteúdo e ser mais resistente. Um disco de Blu-ray é composto por uma camada dura de revestimento, uma camada de cobertura, uma camada protetora e, somente depois de tudo isso, a camada de gravação. Sobre elas estão ainda uma nova camada protetora, uma camada refletora, uma única camada de policarbonato e, como a cereja do bolo, a etiqueta impressa. Ao todo são oito camadas. O Blu-ray também guarda mais dados do que um DVD por aproveitar melhor o espaço do disco, ocupando menos espaço durante a gravação. Os sulcos também são menores, assim como o a distância entre as faixas também é ainda mais reduzida. O Bluray também possui discos de camada dupla capazes de gravar até 50 GB de dados, ou 4,5 horas de vídeos em alta definição. Além disso, os sulcos da camada de gravação, onde são efetivamente armazenados os arquivos, são menores no Blu-ray, deixando o conteúdo mais compacto. A leitura destas informações é possível devido ao raio azul, que tem feixe menor do que o raio vermelho e focaliza com mais precisão. A Figura 5 mostra a composição de um DVD. Figura 5. Ilustração da montagem de um CD.

6 Tecnologias que usam princípios semelhantes, funcionam de modo parecido, mas que são diferentes em alguns aspectos. CDs, DVDs e Blu-ray possuem todos cerca de 1,2 mm de espessura e, fisicamente e a olho nu, são quase iguais, mas guardam peculiaridades que mostram que cada um dos três tem um uso específico. A Figura 6 mostra os diferentes formatos de gravação em meios ópticos e algumas especificações técnicas das diferenças entre eles. Figura 6. Meios Eletrônicos O principal meio de armazenamento eletrônico é a memória Flash (Flash Memory). Ela é não volátil e pode gravar ou apagar os seus dados armazenados por meio de sinais elétricos. Esse tipo de memória consome pouca energia e ocupa pouco espaço físico. As memórias Flash são utilizadas na forma de cartões de memória e utilizados em câmeras fotográficas, telefones celulares, palms etc, e drives flash USB. Drives de Estado Sólido (Solid State Drive - SSD) SSD (sigla do inglês Solid-State Drive) ou unidade de estado sólido é um tipo de dispositivo, sem partes móveis, para armazenamento não volátil de dados digitais. São, tipicamente, construídos em torno de um circuito integrado semicondutor, responsável pelo armazenamento, diferindo dos sistemas magnéticos (como os HDDs e fitas Magnéticas) ou óticos (discos como CDs e DVDs). Os dispositivos utilizam memória flash (tecnologia semelhante as utilizadas em cartões de memória e pendrives). Vantagens: O tempo de acesso aos dados é muito menor se comparado com os meios magnéticos ou ópticos; A eliminação de partes móveis e eletromecânicas reduz vibrações, tornando-os completamente silenciosos; Por não possuírem partes móveis, são muito mais resistentes que os HDDs comuns contra choques físicos; Menos pesado em relação aos discos rígidos, mesmo os mais portáteis;

7 Consumo reduzido de energia; Possibilidade de trabalhar em temperaturas maiores que os HDDs comuns - cerca de 70 C; Largura de banda muito superior aos demais dispositivos, apresentando até 250 MB/s na gravação e até 700 MB/s nas operações de leitura. Desvantagens: Custo mais elevado; Capacidade de armazenamento inferior aos discos rígidos IDE e SATA. As taxas de leitura e escrita, na maioria dos modelos dos drives SSDs gira em torno dos 500 MB/s, aproximadamente 5x a velocidade das taxas de leitura e escrita num HDD. Em sistemas de alto desempenho, a alta velocidade no acesso é o mais importante, além de reduzir bastante o tempo de boot (inicialização do computador), mas no caso de dispositivos de baixo consumo de energia, ou baixo custo, o critério da redução do consumo de energia é o mais importante. Para os padrões atuais de mercados e aplicações, os dispositivos SSD ainda tem um custo por gigabyte elevado, comparados aos dispositivos magnéticos. Para resolver este problema, parte das máquinas mais modernas, hoje em dia, conta com um SSD onde é instalado o sistema operacional e programas e um HDD onde são gravados os arquivos de uso e backup. Dessa maneira, os micros podem chegar a ter tempo de boot e abertura de programa até 5x menor do que nas máquinas onde só se usa HD magnéticos. Exercícios Como funciona o processo de armazenamento de informações nos discos rígidos? Como se dá o processo de armazenamento de informações em um CD? Qual a diferença no processo de gravação entre um CD, DVD e Blue-ray? Quais as vantagens e desvantagens dos SSDs em relação aos HDs?