ARQUITETURA DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

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1 - Aula 5 - MEMÓRIA SECUNDÁRIA 1. INTRODUÇÃO Por maior que seja a memória principal, ela sempre será considerada muito pequena, pois é necessário armazenar mais informações do que ela suporta. Outro fator é a memória principal tratar-se de uma memória volátil, sendo todos os dados perdidos quando o computador é desligado. A memória secundária está associada ao tempo de acesso/ciclo de memória, pois em geral são dispositivos eletromecânicos e raramente circuitos puramente eletrônicos - possuem tempo de acesso maior. Discos do tipo CD-ROM: 120 a 300 ms, por exemplo, fitas magnéticas - ordem dos segundos. Esse tipo de memória possui maior capacidade, variando bastante dependendo do tipo de dispositivo utilizado. Exemplos: Discos rígidos, CD-ROM/DVD, fitas magnéticas (a capacidade depende do comprimento da fita e da densidade de gravação). É um tipo de memória não volátil, oferecendo armazenamento com caráter permanente ou, pelo menos, de longo período de armazenamento. 2. HIERARQUIA DE MEMÓRIA A solução tradicional para o armazenamento de uma grande quantidade de dados é baseada na técnica da hierarquia de memória. No topo da pirâmide encontram-se as memórias mais rápidas, porém com pouca capacidade de armazenamento e na base as memórias mais lentas, contudo com uma capacidade de armazenamento considerável. Na medida em que se chega à base da pirâmide, se verificam três parâmetros: - Tempo de acesso; - Capacidade da memória; - Custo. Neste último, fica claro que as memórias do topo da pirâmide são muito mais caras que as demais. 1

2 3. DISCOS MAGNÉTICOS Figura 1 - Pirâmide de memória Um disco magnético é composto por um ou mais pratos de alumínio, cobertos por material magnetizável com diâmetro de 3 a 12 cm. Possui uma cabeça que flutua rente à superfície do prato em um colchão de ar, sustentado por uma bobina de indução. Quando uma corrente positiva ou negativa passa pela cabeça, ela magnetiza a superfície bem abaixo de sua posição, alinhando as partículas magnéticas para a esquerda ou para a direita, dependendo da polaridade da corrente de magnetização. Quando a cabeça passa por uma área magnetizada, uma corrente positiva ou negativa é induzida, tornando possível a leitura dos bits armazenados anteriormente. A seqüência circular de bits escrita enquanto o disco executa uma rotação completa é chamada de trilha. Cada trilha é dividida em setores de tamanho fixo, em geral com 512 bytes, precedidos de um preâmbulo que permite que a cabeça entre em sincronismo antes de uma leitura ou de uma escrita. Entre dois setores existe um pequeno espaço chamado de distância intersetores. Figura 2 - Leitura/Gravação em disco rígido 2

3 Os discos possuem braços móveis que se movimentam na direção do eixo em torno do qual o prato gira. Uma trilha é definida entre dois passos consecutivos do motor. Portanto, as trilhas são um conjunto de círculos concêntricos em torno do eixo de rotação do prato. A largura de uma trilha depende do tamanho da cabeça e da precisão com que o motor de passo pode posicionar a cabeça. Discos com essas características são chamados de Winchester ou Hard Disc (HD). Figura 3 - Discos de um HD cilindro. O conjunto de trilhas determinado por uma posição radial é chamado de A performance de um disco depende de uma série de fatores como: - Seek (procura): Movimento do braço até a posição radial correta. - Rotação do disco: A maioria dos discos roda a 5400 ou 7200 RPM. Computadores de alta performance dispõe de rotação de RPM; - Tempo de transferência: Depende da rotação e da densidade linear. Figura 4 - Disco Rígido 3

4 Nos drives antigos, os fabricantes usavam densidade linear máxima para as trilhas mais internas, diminuindo sucessivamente a densidade linear de bits nas trilhas mais externas. Se um disco tivesse 18 setores por trilha, cada um deles ocuparia 20º de um arco, não importando o cilindro onde ele estivesse posicionado. Atualmente, os cilindros são divididos em zonas, e o número de setores por trilha aumenta em cada zona, da trilha mais interna em direção à mais externa. Essa estratégia dificulta o controle, mas aumenta a capacidade de armazenamento. É importante ressaltar que junto com cada drive vem um controlador de disco um chip. Alguns desses controladores possuem um processador completo. Alguns controladores também tratam o armazenamento temporário de vários setores, uma espécie de cache no disco, onde são mantidos os setores que serão usados no futuro e do mapeamento de setores defeituosos. 4. IDE IDE é uma interface padronizada pela American National Standard Institute (ANSI) em Novembro de 1990, que significa Integrated Drive Electronics, ou Eletrônica de Drive Integrada. Foi chamada, pela ANSI de Advanced Technology Attachment (ATA). Atualmente diversos dispositivos (como CD-ROM, Zip-drive, etc), inclusive discos rígidos, utilizam essa tecnologia, que consiste basicamente em integrar a controladora dentro do próprio dispositivo. Não existe "controladora IDE", a interface IDE é apenas uma porta, uma interface, não havendo nenhum controle envolvido. Todo o controle está no próprio dispositivo. O padrão IDE original (na verdade o BIOS dos micros antigos) possui um limite que não permite o acesso a discos maiores que 504 MB. Essa limitação foi quebrada quando foi inventado o modo LBA (Logical Block Addressing - Endereçamento Lógico de Setores). O padrão IDE suportando o modo LBA passou a ser chamado IDE-2, E-IDE (Enhanced IDE), ATA- 2 ou ATAPI (AT Attachment Packet Interface). Com essa modificação (E-IDE) foi criada o protocolo ATAPI que permitiu que a porta IDE pudesse ser utilizada por outros dispositivos IDE além do disco rígido. Os discos IDE são acessados através de um modo chamado PIO (Processor ou Programmed I/O) ou DMA (Direct Memory Access Acesso Direto a Memória). Junto com o E- IDE foram criados dois novos modos PIO além dos já existentes na época: PIO modo 3 (taxas de transferência de até 11,1 MB/s) e PIO modo 4 (taxas de transferências de até 16,6 MB/s). Esses dois modos PIO são genericamente chamados Fast IDE. Os modos mais recentes são chamados Ultra DMA, que são modos que atingem taxas de transferência mais elevadas. 4

5 Características: Aceita somente dois periféricos por IDE, um deles trabalhando como Master e outro como Slave. Normalmente, um microcomputador possui duas IDE s, o que permite a instalação de até quatro periféricos. As IDE s dos 486 não suportam, em geral, HD s com mais de 528MB. Para estes casos, era necessário um software (DiskMananger) que tornava isto possível. A BIOS de microcomputadores Pentium e de tecnologias similares (AMD K6 ou 586) e posteriores, suportavam, em geral HD s com mais de 528MB, pois possuíam um recurso chamado LBA. As atuais IDE s têm taxa de transferência igual ou superior a 133 MHz. No computadores modernos as IDE s identificam os dispositivo a ela conectados. 5. SERIAL ATA SATA (Serial Advanced Technology Attachment) É o sucessor da tecnologia ATA (acrônimo de Advanced Technology Attachmen também conhecido como IDE ou Integrated Drive Electronics) que foi renomeada para PATA (Parallel ATA) para se diferenciar de SATA. Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, o que resulta num cabo enorme, os discos rígidos SATA transferem os dados em série. Os cabos Serial ATA são formados por dois pares de fios (um par para transmissão e outro par para recepção) usando transmissão diferencial, e mais três fios terra, totalizando 7 fios, o que permite usar cabos com menor diâmetro que não interferem na ventilação do gabinete. A porta IDE tradicional transfere dados de forma paralela. A vantagem da transmissão paralela é que ela é mais rápida do que a transmissão em série, pois transmite vários bits por vez. Sua grande desvantagem, porém, é em relação ao ruído. Como terão de existir muitos fios (pelo menos um para cada bit a ser transmitido por vez), um fio gera interferência no outro. É por esse motivo que os discos rígidos ATA-66 e superiores precisam de um cabo especial, de 80 vias. No Serial ATA, por outro lado, a transmissão dos dados é feita de modo serial, ou seja, transmitindo um bit por vez. É comum deduzir que a transmissão serial é mais lenta que a transmissão em paralelo. Isto só é verdade se compararmos os dois tipos de transmissão usando a mesma taxa de clock. Neste caso a transmissão paralela será pelo menos oito vezes mais rápida, já que pelo menos oito bits (um byte) serão transmitidos por pulso de clock, enquanto que na transmissão serial apenas um bit será transmitido por pulso de clock. No entanto, se um clock maior for usado na transmissão serial, ela pode ser mais rápida do que a transmissão paralela. Isto é exatamente o que acontece com o Serial ATA. No caso da interface IDE isso não é possível devido a interferência causada entre os condutores caso haja o aumento da interferência eletromagnética. 5

6 6. DISCOS SCSI ( scuzzy ) SCSI (Small Computer System Interface) é uma interface de alta velocidade usadas entre o disco rígido e a placa mãe, permitindo que também outros periféricos de hardware compartilhem o uso (tape drives, CDROM, Impressoras, Scanners, etc ). Isto torna o acesso mais rápido e flexível. Desenvolvida pela Apple Computer e ainda usada pela Macintosh, as interfaces SCSI são paralelas e freqüentemente usadas em servidores, sendo compatível com a maioria dos sistemas operacionais. O SCSI é muito mais que um padrão de interface para discos rígidos, ele define um barramento no qual podem ser pendurados um controlador de discos SCSI e até sete dispositivos. Normalmente existem de 8 à 15 endereços que são configurados por jumpers, microchaves (computadores antigos) ou software de setup (computadores modernos). 7. DISCOS SAS (Serial Attached SCSI) Com a introdução do Serial ATA, o barramento SCSI perdeu grande parte de seus atrativos, já que o SATA oferece uma grande parte das vantagens que antes eram atribuídas ao SCSI e, ao mesmo tempo, oferece um sistema de cabeamento mais simples. O SCSI conviveu com o padrão IDE por mais de duas décadas, o SAS está destinado a concorrer com o SATA, com cada um entrincheirado em seu respectivo nicho: o SATA nos micros domésticos e servidores de baixo custo e o SAS em servidores maiores e estações de trabalho. As versões iniciais do SAS suportavam taxas de transferência de 150 e 300 MB/s. Recentemente foi introduzido o padrão de 600 MB/s e passou a ser desenvolvido o padrão seguinte, de 1.2 GB/s. A evolução é similar à do padrão SATA, porém o SAS tende a ficar sempre um degrau acima. A maior velocidade é necessária, pois o SAS permite o uso de extensores (expanders), dispositivos que permitem ligar diversos discos SAS a uma única porta. Existem dois tipos de extensores SAS, chamados de "Edge Expanders" e "Fanout Expanders". Os Edge Expanders permitem ligar até 128 discos na mesma porta, enquanto os Fanout Expanders permitem conectar até 128 Edge Expanders (cada um com seus 128 discos), chegando a um limite teórico de até discos por porta SAS. O SAS permite o uso de cabos de até 6 metros, contra apenas 1 metro no SATA. A maior distância é necessária ao conectar um grande número de extensores, já que eles são grandes, e os últimos tendem a ficar fisicamente afastados do servidor. 6

7 8. RAID O RAID (Redundant Array of Independent Disks Matriz Redundante De Discos Independentes) é um dos grandes atrativos que até antes, estava disponível apenas para dispositivos e controladoras de tecnologia SCSI. RAID é o nome dado às técnicas de transferência e armazenamento de dados implementados automaticamente por controladoras especiais, isto significa que nem todas controladores são capazes de oferecer RAID. O RAID é absolutamente transparente para o sistema operacional. O RAID é um recurso muito utilizado para melhorar performance ou segurança de dados ou sistemas. Algumas controladoras RAID também possibilitam o hot-swap dos dispositivos, isto é, a troca de um HD com tudo ligado no sistema e sem possibilidade de danos. Cabe ressaltar que RAID s são mais comuns em controladores SCSI, pois suportam uma maior quantidade de discos rígidos Níveis de implementação RAID a) RAID 0 STRIPING O RAID nível 0, também conhecido por striping, consiste em dividir os dados regularmente entre dois ou mais dispositivos de armazenamento. Suponha hipoteticamente que a palavra revista esteja sendo armazenada numa matriz RAID 0 de três discos rígidos. Ao primeiro HD caberá armazenada as letras ria, ao segundo as letras es, e ao terceiro vt. Em tese, o armazenamento ocorrerá simultaneamente nos três HD s, o que pode, potencialmente, triplicar a performance de escrita ou leitura se houver três canais paralelos. Na verdade, a performance dificilmente multiplicará aquela conseguida com discos rígidos individuais. O envio dos dados pode não ser totalmente concorrente, mas é evidente que as controladoras que oferecem o RAID 0 estão otimizadas para realizar as tarefas de forma mais paralela possível entre diversos discos rígidos gerenciados. Tanto a leitura quanto a escrita serão beneficiadas. A maior fraqueza do RAID 0 é a vulnerabilidade da matriz. A chance de um dispositivo falhar é tanto maior quanto maior a quantidade de elementos constituintes. Se um deles falhar não haverá maneira de recuperar dado nenhum. O RAID 0 não é considerado RAID de fato, pois uma das características dessa tecnologia é oferecer proteção e integridade dos dados. 7

8 Figura 5 - RAID 0 b) RAID 1 MIRRORING O nível 1 realmente é uma técnica RAID reconhecida. A técnica de espelhamento duplica completamente os dados entre dois dispositivos de armazenamento. Normalmente as controladoras RAID recomendam que os dois dispositivos páreos estejam em canais de controle deferentes, justamente para permitir o envio de dados simultaneamente aos dois dispositivos e reduzir ao máximo qualquer risco de perda de dados. As controladoras RAID mais refinadas permitem manter duplicatas em mais de um disco secundário e, além disso, permitem o hot-swap, que só faz sentido no espelhamento. O termo redundante deve-se totalmente ao RAID 1 e aos outros níveis reconhecidos, afinal o RAID 0 naturalmente não tem redundância nenhuma. No caso do RAID 1 se uma das unidades falhar, a que resta no sistema é automaticamente empregada. Qualquer tipo de falha retornada por uma das unidades desse tipo de matriz faz a controladora marcá-la como ruim sinalizando a ocorrência ao usuário assim que possível. OBSERVAÇÃO: Algumas aplicações vitais pouco se importam se há um impacto negativo na performance. O que mais importa é o máximo de integridade aos dados e é por isso que o RAID faz sucesso em muitas corporações. Figura 6 - Escrita e leitura 8

9 c) RAID 2 O RAID 2 é similar ao RAID 4, mas armazena informação ECC (Error Correcting Code), que é a informação de controle de erros, no lugar da paridade. Este fato possibilita uma pequena proteção adicional, porém o RAID 2 ficou obsoleto pelas novas tecnologias de disco já possuírem este tipo de correção internamente. O RAID 2 origina uma maior consistência dos dados se houver queda de energia durante a escrita. Baterias de segurança e um encerramento correto podem oferecer os mesmos benefícios. A grande vantagem é o uso de técnicas de ECC, contudo hoje em dia há tecnologias melhores para o mesmo fim. Figura 7 - RAID 2 d) RAID 3 O RAID 3 é uma versão simplificada do RAID nível 2. Nesse arranjo, um único bit de paridade é computado para cada palavra de dados e escrito em um drive de paridade. À primeira vista, pode parecer que um único bit de paridade dá somente detecção de erro, e não correção de erro. Para o caso de erros aleatórios não detectados, essa observação é verdadeira. Todavia, para o caso de uma falha de drive, ela provê correção total de erros de um bit, uma vez que a posição do bit defeituoso é conhecida. Se um drive falhar, o controlador apenas finge que todos os seus bits são "zeros". Se uma palavra apresentar erro de paridade, o bit que vem do drive extinto deve ter sido um "um", portanto, é corrigido. A fim de evitar o atraso em razão da latência rotacional, o RAID 3 exige que todos os eixos das unidades de disco estejam sincronizados. A maioria das unidades de disco mais recentes não possuem a opção de sincronização do eixo, ou se são capazes disto, faltam os conectores necessários, cabos e documentação do fabricante. Tem como vantagens a leitura e escrita rápida e possui controle de erros, contudo é de difícil implementação via software. 9

10 Figura 8 - RAID 3 e) RAID 4 Funciona com dois ou mais discos iguais. Um dos discos guarda a paridade (uma forma de soma de segurança) da informação contida nos discos. Se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Os discos restantes, usados para armazenar dados, são configurados para usarem segmentos suficientemente grandes (tamanho medido em blocos) para acomodar um registro inteiro. Isto permite leituras independentes da informação armazenada, fazendo do RAID 4 um array perfeitamente ajustado para ambientes transacionais que requerem muitas leituras pequenas e simultâneas. O RAID 4 assim como outros RAID's, cuja característica é utilizarem paridade, usam um processo de recuperação de dados mais envolvente que arrays espelhados, como RAID 1. Este nível também é útil para criar discos virtuais de grande dimensão, pois consegue somar o espaço total oferecido por todos os discos, exceto o disco de paridade. O desempenho oferecido é razoável nas operações de leitura, pois podem ser utilizados todos os discos em simultâneo. Sempre que os dados são escritos no array, as informações são lidas do disco de paridade e um novo dado sobre paridade deve ser escrito para o respectivo disco antes da próxima requisição de escrita ser realizada. Por causa dessas duas operações de I/O, o disco de paridade é o fator limitante do desempenho total do array. As vantagens são a leitura rápida e a possibilidade do aumento de área de discos físicos, contudo a gravação é lenta. 10

11 f) RAID 5 O RAID 5 é freqüentemente usado e funciona similarmente ao RAID 4, mas supera alguns dos problemas mais comuns sofridos por esse tipo. As informações sobre paridade para os dados do array são distribuídas ao longo de todos os discos do array, ao invés de serem armazenadas num disco dedicado, oferecendo assim mais desempenho que o RAID 4, e, simultaneamente, tolerância a falhas. Para aumentar o desempenho de leitura de um array RAID 5, o tamanho de cada segmento em que os dados são divididos pode ser otimizado para o array que estiver a ser utilizado. O desempenho geral de um array RAID 5 é equivalente ao de um RAID 4, exceto no caso de leituras seqüenciais, que reduzem a eficiência dos algoritmos de leitura por causa da distribuição das informações sobre paridade. A informação sobre paridade é distribuída por todos os discos; perdendo-se um, reduz-se a disponibilidade de ambos os dados e a paridade, até à recuperação do disco que falhou. Isto causa degradação do desempenho de leitura e de escrita. Suas vantagens são a maior rapidez com tratamento de ECC e leitura rápida, porém escrita não tão rápida e impõe um sistema complexo de controle dos HDs. g) RAID 6 Figura 9 - RAID 5 É um padrão relativamente novo, suportado por apenas algumas controladoras. É semelhante ao RAID 5, porém usa o dobro de bits de paridade, garantindo a integridade dos dados caso até 2 dos HDs falhem ao mesmo tempo. Ao usar 8 HDs de 20 GB cada um em RAID 6, teremos 120 GB de dados e 40 GB de paridade. Sua vantagem é a possibilidade de falhar dois HDs ao mesmo tempo sem perdas e suas desvantagens são que precisam de N+2 HDs para implementar por causa dos discos de paridade, possui escrita lenta e implementa um sistema complexo de controle dos HDs. 11

12 h) RAID 0+1 O RAID é uma combinação dos níveis 0 (Striping) e 1 (Mirroring), onde os dados são divididos entre os discos para melhorar o rendimento, mas também utilizam outros discos para duplicar as informações. Assim, é possível utilizar o bom rendimento do nível 0 com a redundância do nível 1. No entanto, é necessário pelo menos 4 discos para montar um RAID desse tipo. Tais características fazem do RAID o mais rápido e seguro, porém o mais caro de ser implantado. No RAID 0+1, se um dos discos vier a falhar, o sistema vira um RAID 0. As Vantagens são a segurança contra perda de dados, pois pode falhar metade dos HDs ao mesmo tempo, porém deixando de ser RAID As desvantagens são o alto custo de expansão de hardware (custo mínimo = 2N HDs) e os drives devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance. i) RAID Figura 10 - RAID O RAID 1+0, ou 10, exige ao menos 4 discos rígidos. Cada par será espelhado, garantindo redundância, e os pares serão distribuídos, melhorando desempenho. Até metade dos discos pode falhar simultaneamente, sem colocar o conjunto a perder, desde que não falhem os dois discos de um espelho qualquer - razão pela qual usam-se discos de lotes diferentes de cada lado do espelho. É o nível recomendado para bases de dados, por ser o mais seguro e dos mais velozes, assim como qualquer outro uso onde a necessidade de economia não se sobreponha à segurança e desempenho. A vantagem é a segurança contra perda de dados, pois pode falhar um ou dois dos HDs ao mesmo tempo, dependendo de qual avaria. No entanto, impõe custo de expansão de hardware (custo mínimo = 2N HDs) e os drivers devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance. 12

13 Figura 11 - RAID j) RAID 50 É um arranjo híbrido que usa as técnicas de RAID com paridade em conjunção com a segmentação de dados. Um arranjo RAID-50 é essencialmente um arranjo com as informações segmentadas através de dois ou mais arranjos. Veja o esquema representativo abaixo: Suas vantagens são a alta taxa de transferência e ótimo para uso em servidores. No entanto impõe um alto custo de implementação e expansão de memória. Figura 12 - RAID 50 k) RAID

14 O RAID 100 basicamente é composto do RAID Normalmente ele é implementado utilizando uma combinação e software e hardware, ou seja, implementa-se o RAID 0 via software sobre o RAID 10 via Hardware. Figura 13 - RAID

15 9. CD/DVD ROM s Figura 14 - Esquemas de RAID Os discos ópticos têm uma densidade de gravação muito mais alta que a dos discos magnéticos convencionais. Originalmente foram desenvolvidos para armazenar programas de televisão, mas acabaram sendo usados como dispositivos de armazenamento de dados em computadores. A representação dos números 0 e 1 dão-se por milhões de pequenas depressões e elevações de 0,8 mícrons de diâmetro, sendo que as depressões são identificadas como números zero e as áreas planas como números 1. 15

16 Para criar estes CDs, os fabricantes pegam uma camada fina de plástico policarbonato e usam um laser poderoso para marcar as depressões. Estas marcas formam uma enorme espiral que parte do centro do disco em direção à extremidade. Quando a placa de policarbonato está pronta, uma fina camada de alumínio reflexivo é colocada sobre o disco. Por fim, é aplicada uma camada de acrílico para proteger o alumínio contra riscos. Como deu para perceber, é um processo extremamente complexo e que só é viável quando o objetivo é produzir milhares de cópias do mesmo disco. Justamente por isso, o CD-ROM foi durante muitos anos uma mídia usada apenas para a leitura de arquivos. Reprodução dos CD s: a) Um motor gira a mídia à uma velocidade variável para que, independentemente da área do disco que está sendo lida, as marcas (depressões e áreas planas) passem pelo leitor sempre à mesma velocidade. b) O laser projeta um raio concentrado de luz que é focalizado por uma lente e por uma bobina focalizadora. Este raio atravessa a camada protetora do CD e atinge a camada reflexiva (de alumínio). c) A superfície da camada reflexiva apresenta áreas com elevações e depressões. As elevações são a área plana do disco (números 1). Já as depressões são as marcas que foram feitas durante a gravação do CD (números 0). d) Quando a luz atinge uma depressão, ela é dispersada. Já quando ela acerta uma elevação, é refletida diretamente para o detector, onde passa por um prisma que desvia o raio para um diodo sensível à luz. e) Cada pulso de luz que atinge o diodo sensível à luz gera uma pequena voltagem elétrica. Estas voltagens são comparadas com um circuito de tempo e dão origem a uma corrente de zeros e uns que são compreendidos pelo computador. 16

17 C B A D E Figura 15 - Compact Disk Velocidade de Giro A figura ao lado mostra os pontos A e B de um disco. Se você girar o CD uma vez, os dois pontos levarão o mesmo tempo para voltar à posição de origem. Mas como a curva de espiral em que A se encontra tem um número muito maior de marcas que a curva onde está o ponto B, se o disco for girado a uma velocidade constante, o ponto A passará pelo leitor a uma velocidade muito maior que o ponto B. Portanto, para que todas as marcas do CD passem pelo leitor à mesma velocidade, é preciso que o disco gire mais rápido quando o laser estiver lendo as informações na parte central da mídia e mais lentamente quando estiver lendo os dados gravados na parte externa do disco. Para possibilitar a gravação de CDs em casa, foi preciso que a indústria desenvolver outros tipos de mídia: o CD-R (CD-recordable disc, ou disco gravável) e o CD-RW [CDrewritable discs, ou CD regravável). A diferença do CD-R em relação ao CD convencional é que em vez de três, ele apresenta cinco camadas: 17

18 a primeira é a superfície de proteção, que protege o disco contra riscos; a segunda é a camada de laqueamento, que também tem a função de proteger o CD; a camada reflexiva reflete o raio do laser, só que em vez de alumínio, como nos CDs convencionais, nos CD-Rs ela é composta por uma liga de ouro; na camada de gravação são gravados os dados. Ela pode ser formada por cianino, fitohalocano ou metal azo; por último vem a base plástica, que nada mais é que uma camada de policarbonato com sulcos em foma de espiral que guiam o laser do gravador. Quando o CD-R é novo, toda sua superfície é translücida. Na hora da gravação, o laser de escrita que é muito mais poderoso que o de leitura aquece determinados pontos da camada de gravação, até que eles fiquem opacos e não deixem mais a luz passar. Isto cria um efeito equivalente ao das depressões nos CDs convencionais. Como esta alteração é causada pelo calor do laser, muita gente usa a expressão queimar um CD para se referir á gravação. A composição de um CD-RW é parecida. As camadas de proteção e de laqueamento são idênticas às dos CD s-r. Depois delas vêm as camadas dielétricas, que revestem a camada de gravação de modo a eliminar o calor em excesso durante as mudanças de fase no material cristalino. No meio delas fica a camada de gravação, que é composta por um material cristalino que mistura prata, antimônio e telúrio. Se ela receber raios de urna temperatura alta, ficará opaca e registrará os dados. Caso seja submetida a temperaturas médias, o material mudará de estado e voltará a ficar translúcido. Já se for atingida por raios de temperatura baixa, o laser apenas lerá os dados. Por fim vem a base plástica, que assim como no CD-R, apresenta os sulcos que guiarão o laser durante a gravação. Gravação de CD s: a) O laser de escrita segue o sulco pré-impresso no CD, que o guia pela espiral do disco, partindo da parte interna da mídia em direção à externa. b) Conforme segue a espiral, a cabeça de escrita controla a velocidade do motor que gira o CD de forma que a área do disco sobre a cabeça de escrita se mova sempre à mesma velocidade. c) O software usado para gravar os CDs envia as informações que serão salvas no disco. d) A camada de gravação absorve a energia do laser de gravação, gerando pontos opacos ao longo da espiral do disco. e) Na hora de ler este CD, o drive de CD-R ou de CD-ROM usa um raio laser menos poderoso. Nos pontos da superfície que estão translúcidos, a camada reflexiva manda o raio direto para a cabeça de leitura. Já quando o raio encontra um ponto opaco, ele é 18

19 distorcido e não volta para a cabeça de leitura.a partir daí, o processo é igual ao usado na leitura de um CD convencional. Figura 16 - Método de gravação de CD - 1 Os discos de DVD podem ter um ou dois lados. As mídias com um único lado gravado são compostas por quatro camadas: Uma de policarbonato, que serve de sustentação para as camadas seguintes; uma camada opaca, que é usada para a gravação de dados; urna camada de filme transparente, que também armazena dados; e por fim uma camada de plástico protetor, que protege o disco. Nos discos de DVD com dois lados, as camadas opaca, de filme transparente e de plástico protetor se repetem do outro lado do disco, como mostra a ilustração principal desta página. Veja agora como os drives de DVD lêem as informações gravadas nos discos. Funcionamento: a) Assim como acontece nos CDs-ROM, os dados são representados no disco por áreas elevadas e depressões, que correspondem aos números 1 e 0. A diferença é que os pontos no DVD são muito menores que os usados nos CDs-ROM. O laser que faz a leitura também é mais preciso, para identificar pontos tão pequenos. b) Mudando a quantidade de corrente que parte do canhão de laser, a cabeça de leitura do DVD player força o raio de forma que ele se concentre apenas na camada de filme transparente. Quando o laser atinge uma depressão, ele reflete a luz em todas as direções. Já quando atinge uma área lisa, ele a manda de volta para a cabeça de leitura, 19

20 onde um prisma desvia a luz para um dispositivo que converte a energia em eletricidade. O computador interpreta os pulsos elétricos como códigos e informações. c) Quando o laser termina de ler todas as informações do filme transparente, o canhão muda o foco do laser, para que ele atravesse esta primeira camada e passe a ler os pontos na camada opaca. d) As espirais de dados gravadas nas duas camadas do DVD seguem caminhos opostos. A espiral do filme transparente parte da área externa do disco em direção ao centro e a da camada opaca parte do centro em direção à área externa do disco, mas durante toda a leitura, o DVD gira no mesmo sentido. Nos DVDs com dois lados gravados, é preciso virar o disco para que o outro lado da mídia seja lido, já que os drives de DVD apresentam apenas um leitor ótico. Figura 17 - Método de gravação de CD