INTERFACES PARA DISCO RÍGIDO DISCO RÍGIDO

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1 INTERFACES PARA DISCO RÍGIDO DISCO RÍGIDO Definições: É um sistema de alta capacidade que guarda dados de forma permanente, sendo utilizado para armazenamento de arquivos e programas. É composto de vários discos empilhados que ficam dentro de uma caixa lacrada. Os discos giram em alta velocidade e qualquer partícula de poeira entre os discos e a cabeça de leitura causaria uma colisão que poderia danificar gravemente o equipamento. 1

2 Funcionamento Os dados são gravados em discos magnéticos. Os discos são compostos de duas camadas. A primeira é o substrato, que é um disco metálico feito, geralmente, de ligas de alumínio. DISCO RÍGIDO A segunda, colocada sobre o substrato, é feita de material magnético e permite o armazenamento de dados. Os discos são montados em um eixo que por sua vez gira graças a um motor especial. Leitura e gravação são feitas por cabeças eletromagnéticas, presas a um braço móvel, com acesso a todo o disco, coordenadas pelo atuador. DISCO RÍGIDO Organização da informação: Trilhas e setores A gravação e leitura dos dados no HD é organizada dividindo-se a superfície em trilhas e setores. Trilhas são círculos concêntricos, que apresentam diâmetros menores conforme se aproximam do centro. Cada trilha recebe um número, que permite sua fácil localização. A mais externa é a de número 0 e as seguintes são 1, 2, 3, etc. As trilhas são divididas em setores, que são pequenos pedaços onde são armazenados os dados. Cada setor guarda 512 bytes de informações. Um disco rígido atual possui entre 150 ou 300 setores em cada trilha (varia com a marca e modelo), possuindo em torno ou 3000 trilhas. Faces Os lados do disco são denominados face. Um disco rígido com 2 discos tem 4 faces. Sendo as faces isoladas uma das outras, são necessárias uma cabeça de leitura para cada face. 2

3 DISCO RÍGIDO Espaço entre setores Cabeçalho do setor CRC (2 bytes) Espaço (gap) Dados (512 bytes) ECC Espaço entre setores Formato físico dos setores Os (512) bytes de dados de um setor são gravados junto com outras informações importantes. Espaço (gap): separa setores uns dos outros. Cabeçalho: contém informações sobre a localização física do setor como o cilindro, lado e número. CRC: o campo contém um valor que possibilita a comparação com outro que é calculado pelo controlador de disco ao ler o cabeçalho. Dados (512 bytes por setor). ECC código de correção de erros. Ao gravar um setor, o controlador gera informações de ECC (por meio de um cálculo baseado nas informações do campo de dados) e grava nesse campo. Ao ler o setor, o controlador refaz o cálculo e verfica se o número gravado confere com o calculado. INTERFACES DE DISCO RÍGIDO Atualmente são usados dois padrões: IDE (integrated drive electronics) ou ATA (AT attachment) - predominante. SCSI. 3

4 PADRÃO IDE/ATA As placas mãe atuais possuem duas interfaces IDE embutidas. controladora primária e controladora secundária. Cada controladora suporta dois dispositivos e um máximo de 4 por PC. Existem vários modelos de interfaces IDE, que oferecem 7 modos de operação denominados de "Pio" e determinam a velocidade e recursos da interface. Velocidades são o fluxo máximo de dados permitido pela interface, não tendo relação direta com a velocidade do disco. PADRÃO IDE/ATA PIO Programmed I/O É o método mais antigo de transferência de dados através da interface IDE/ATA. A CPU e o hardware de suporte controlam diretamente as transferências de dados entre o sistema e o HD. Existem diferentes velocidades de I/O programado, os quais são denominados modos de I/O programado ou mais comumente PIO-modes. 4

5 PADRÃO IDE/ATA Os modos de operação das interfaces IDE são: Modo de Operação PIO MODE 0 PIO MODE 1 PIO MODE 2 PIO MODE 3 PIO MODE 4 UDMA 33 (Ultra ATA) UDMA 66 (Ultra ATA 2) Taxa máxima de transferência 3,3 MB/s 5,2 MB/s 8,3 MB/s 11,1 MB/s 16,6 MB/s 33,3 MB/s 66,6 MB/s PADRÃO IDE/ATA Desde a metade dos anos de 1990, I/O programado era a única maneira pela qual a maioria dos sistemas conseguia acessar os discos rígidos IDE/ATA. Três modos de baixa velocidade foram definidos como parte da documentação ATA original, dois mais foram adicionados como parte do ATA-2. A tabela abaixo mostra os 5 diferentes modos PIO juntamente com outros dados importantes: Modo PIO PIO MODE 0 PIO MODE 1 PIO MODE 2 PIO MODE 3 PIO MODE 4 Tempo de ciclo (ns) *MTR (MB/s) Padrão ATA ATA ATA ATA-2 ATA-2 *MTR - Taxa de transferência máxima 5

6 PADRÃO ATA O padrão original define as seguintes características e modos de transferências: Dois Hard Disks: A especificação estabelece um único canal no PC, compartilhado por dois dispositivos que são configurados como mestre Cabo de 40 vias e escravo. PIO Modes: ATA inclui suporte para os modos PIO 0, 1 and 2. DMA Modes: ATA inclui suporte para: Uma-palavra modos 0, 1 and 2 onde dois bytes são movidos em cada transferência, e Múltiplas palavras DMA mode 0. Este padrão está obsoleto. PADRÃO ATA-2 Trouxe uma melhoria significativa para o padrão ATA. Definiu as seguintes acréscimos ao padrão origrinal (mantendo-se a compatibilidade): Modos PIO rápidos: ATA-2 acrescentou os modos 3 e 4. Modos DMA rápidos : ATA-2 acrescentou os modos multiword DMA 1 and 2. Transferências em blocos : ATA-2 acrescenta comandos para possibilitar que fossem feitas transferências em blocos. Endereçamento de blocos lógicos (LBA): ATA-2 define suporte (pelo hard disk) para endereçamento lógico de bloco. Requer suporte da BIOS do outro lado da interface também. Comando melhorado para "Identificação do Drive" :Este comando permite o hard-disks responder inquisições do software, com informações mais precisas sobre sua geometria e outras características. 6

7 PADRÃO ATA-3 Trouxe pequenas melhorias em relação ao padrão ATA-2: Confiabilidade melhorada : ATA-3 melhora a confiabiliade dos modos de transferências de alta velocidade, o qual poderia ser um problema devido ao baixo desempenho do cabo padrão até então utilizado em IDE/ATA. (Um cabo melhorado foi definido como parte do ATA/ATAPI-4. Cabo de 80 vias Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (SMART): ATA-3 trouxe esta característica de confiabilidade. Security Feature: ATA-3 definiu um modo de segurança, o qual permite que os dispositivos sejam protegidos com senha. ATA Packet Interface Extensão do padrão ATA. Permite suporte a: discos rígidos drives de fitas magnéticas CD-ROM SCSI ATAPI placa controladora proprietária Semelhança entre os padrões ATAPI e SCSI permitir que os fabricantes lançassem rapidamente no mercado novos produtos obedecendo ao padrão ATAPI. 7

8 ULTRA DMA/33 Protocolo de transferência de dados entre o disco rígido e a CPU, Baseado no acesso direto à memória, o qual substitui o padrão ATA/IDE. Usa o UDMA para transferir dados do HD para a memória RAM, Desenvolvido pela Intel e a Quantum e Seagate. Taxa de transferência de 33,3 MB/s. UDMA 66 Conector com os mesmos 40 pinos dos outros padrões. compatibilidade retroativa com qualquer HD IDE. cabos possuem 80 vias (intercalados). 40 para transportar dados. 40 como terras. Máximo de 45 cm. Redução de Interferências. permite atingir os 66 MB/s. 8

9 UDMA 100 Pequeno aperfeiçoamento do UDMA 66. Permite transferências de até 100 MB/s. SERIAL ATA Novo padrão com nova tecnologia substituindo o padrão IDE/ATA. Taxa de transferência de 150MB/s, segundo a Intel poderá chegar a 400MB/s. Utiliza uma interface serial e não paralela como o IDE. Cabo redondo com um conector de 8 fios. Não definido quantos dispositivos poderão ser conectados. Não será mais necessária a utilização de jumpers. 9

10 SCSI Small Computer Systems Interface. Criada nos anos 80. Interface de uso geral a nível de sistema Suporta diversos tipos de periféricos. Padrão de barramento. Interligação entre os periféricos e o sistema. Comunicação entre pares (peer-to-peer). Cada dispositivo pode ser o iniciador (exchange initiator) ou o alvo (target). Cada alvo pode ter até 8 dispositivos lógicos endereçados independentemente. Configuração: SCSI Cada periférico recebe um número de identificação, LUN (número da unidade lógica) que pode variar de A configuração é feita no próprio periférico, normalmente através de DIPswitch, chave ou programa de configuração. Em uma cadeia SCSI não pode haver mais de um periférico utilizando um mesmo LUN. Operação Iniciador envia mensagem contendo comando para o alvo. Comandos são usados para controlar dispositivos e trocar dados. Troca de dados é controlado pelo dispositivo alvo que recebe o comando. O barramento é ocupado somente durante a transferência ativa. 10

11 CABOS SCSI Cabos têm 50 ou 68 vias, de acordo com a largura do barramento (8/16 bits). Blindados ou não blindados Impedância característica: 90 ohms to 132 ohms Máxima atenuação do sinal: 0,095 db por metro a 5 Mhz Atraso máximo de propagação Peer-to-peer: 0,20 ns por metro Resistência DC: 0,230 ohms máximo por metro a 20 C CONECTORES Vários conectores podem ser utilizados conector centronics de 50 pinos idêntico ao utilizado com impressoras o conector 25 pinos fêmea "D Shell igual ao utilizado em portas paralelas conector do tipo "P", de 68 pinos utilizado por interfaces Wide SCSI e SCSI-3 11

12 Características TERMINADOR Instalada em ambas extremidades. Terminação simples (única) ou diferencial. Evita reflexão de onda. Fornece o nível de sinal de linha passiva Porque cada linha pode ser controlada por um dos muitos dispositivos conectados ao barramento. Mantém a temporização do processamento Na maioria dos casos o terminador é encaixado no dispositivo, mas em alguns casos basta mudar a posição de uma chave ou configurar via software DESCRIÇÃO ELÉTRICA Características de Saída open-collector ou three-state drivers VOL = 0 a 0,5 V d.c. a 48 ma sinking assertion VOH = 2,5 a 5,25 V d.c. (signal negation) Características de entrada VIL = 0 V d.c. a 0,8 V d.c. (signal true) VIH = 2,0 V d.c. to 5,25 V d.c. (signal false) IIL = -0,4 ma to 0,0 ma se VI = 0,5 V d.c. IIH = 0 ma a 0,1 ma se VI = 2,7 V d.c. Minimum input hysteresis = 0,2 V d.c. Capacitância máxima = 25 pf 12

13 SCSI-1 Padrão original de Define o barramento, conjuntos de comandos e módulos de transferência. Largura de 8-bits. Transferências de dados. clock de 5 MHz. Taxa de transferência máxima de 5 MB/s. No máximo 8 dispositivos. SCSI-2 Aprovado pelo ANSI em Taxas de transferência maiores. aumento do clock para 10 MHz. Fast SCSI. aumento da largura do barramento para 16 bits. Isso é chamado Wide SCSI. requer um cabeamento diferente. Pode suportar 16 dispositivos. Aumento do conjunto de comandos. Permitiu conectar dispositivos que antes requeriam controladores do proprietário 13

14 Família de padrões. SCSI-3 O desenvolvimento do SCSI passou a ser dividido em diferentes camadas e conjuntos de comandos. Desenvolvimento de transportes físicos usando novas tecnologias Desenvolvimento das tecnologias antigas. Velocidades na interface paralela: Ultra (20 MB/s). Ultra 2 (40 MB/s). Ultra 3 (80 MB/s ). NOVAS TECNOLOGIAS Adaptec Novas tecnologias baseadas em SCSI controladores de 64 bits Taxa de transmissão de 640 MB/s cabeamento baseado em fibra ótica 14

15 SCSI bus timing Arbitration delay 2,4 us Assertion period 90 ns Bus clear delay 800 ns Bus free delay 800 ns Bus set delay 1,8 us Bus settle delay 400 ns Cable skew delay 10 ns Data release delay 400 ns Deskew delay 45 ns Disconnection delay 200 us Hold time 45 ns Negation period 90 ns Power-on to selection time 10 s recommended Reset to selection time 250 ms recommended Reset hold time 25 us Selection abort time 200 us Selection time-out delay 250 ms recommended Transfer period set during an SDTR message Fast assertion period 30 ns Fast cable skew delay 5 ns Fast deskew delay 20 ns Fast hold time 10 ns Fast negation period 30 ns 15

16 IDE SCSI X IDE desempenham uma boa performance com um preço bem acessível. jumpers do HD são configurados com facilidade baixa velocidade ótimo custo/benefício roda quatro dispositivos ao mesmo tempo SCSI alto preço SCSI X IDE Ultra 2 SCSI custa o dobro do ATA/66 configuração de jumpers complicada placa controladora específica para esses hardwares Vários tipos (larguras) de periféricos podem ser misturados 16

17 Bibliografia