Universidade Tuiuti do Paraná UTP Faculdade de Ciências Exatas - FACET Tecnologia de Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Hardware de Computadores

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1 Universidade Tuiuti do Paraná UTP Faculdade de Ciências Exatas - FACET Tecnologia de Análise e Desenvolvimento de Sistemas Hardware de Computadores 1

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3 O disco rígido, é um sistema de armazenamento de alta capacidade. Ao contrário da memória RAM, os dados gravados não são perdidos quando se desliga o micro, assim, todos os dados e programas ficam gravados no disco rígido. Apesar de também ser uma mídia magnética, um HD é muito diferente de um disquete comum, ele é composto por vários discos empilhados que ficam entro de uma caixa hermeticamente lacrada, pois como gira a uma velocidade muito alta, qualquer partícula de poeira em contato com os discos, poderia inutilizá-los completamente.

4 O primeiro relato oficial do surgimento de um HD ocorreu no ano de 1956, quando a IBM lançou o dispositivo de armazenamento IBM 350 que tinha capacidade de armazenamento de 4.36 MB (5 milhões de caracteres, com 7 bits cada um). Este HD tinha dimensões enormes para os padrões atuais (1,70 metros de altura e mesmo comprimento, pesava quase uma tonelada) e custava 35 mil dólares. Na verdade, o IBM 350 não era um disco rígido em si, mas uma unidade de armazenamento (conjunto de 50 discos de 14 polegadas cada). Simplesmente foi um dos primeiros meios de armazenamento de dados por meios magnéticos.

5 IBM 350

6 No ano de 1973, a IBM por fim, lançava um dispositivo que realmente poderia ser chamado de disco rígido. Em 1980, a empresa lançou o IBM Este HD tinha pouco mais de 5 polegadas e foi lançado em duas versões, sendo uma com capacidade de armazenamento de 5 MB e a outra com capacidade de 10 MB. Para os padrões atuais, um HD com 5 ou 10 MB é insignificante, mas naquela época, representou uma revolução, pois até não se consumia muitos bytes em dados e os sistemas de armazenamento eram baseados em fitas.

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8 O disco rígido é um dispositivo magnético utilizado para o armazenamento de dados de um computador. Um hard disk consiste num conjunto de discos magnéticos de dupla face. Cada disco necessita de duas cabeças leitura/escrita, uma para cada face. Todas as cabeças de leitura/escrita estão ligadas a um único braço mecânico, pelo que não se podem movimentar sozinhas. Tudo o que é dito para um hard disk é válido para uma floppy, exceto obviamente, nas capacidades.

9 Os discos (geralmente feitos de alumínio) possuem uma camada externa de material magnético. Sobre essa camada, geralmente há outra, com material lubrificante, que tem a finalidade de proteger a superfície do disco no caso de contato físico com os cabeçotes. Um HD pode ter de 1 a 5 discos. Tecnicamente é possível ter mais, no entanto, o aparelho teria dimensões maiores. Num HD de 80 GB por exemplo, podem existir 4 discos, cada um com capacidade de 20 GB, mas isso varia de fabricante para fabricante.

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13 O motor de rotação é responsável por manter uma rotação constante. A velocidade da rotação é medida por RPM (Rotações por minuto) RPM

14 A placa logica, ou porta controladora, é a parte pensante do HD. Com exceção dela, o HD é um dispositivo relativamente simples, composto por uma serie de dispositivos mecânicos. Ela é responsável por fazer uma interface com a placa mãe, controla a rotação do motor e o movimento das cabeças de leitura. Também atualiza, e usa sempre que possível, os dados armazenados no cache de disco.

15 O cabeçote, trata-se de um dispositivo muito pequeno que fica na ponta de uma peça conhecida como atuador, que tem a função de movimentar-se do meio até a borda dos discos enquanto estes giram. Esse trabalho, consiste nos processos de leitura e gravação, ou seja, é o cabeçote que lê e armazena dados nos discos. O cabeçote em si, é uma espécie de bobina, que converte energia elétrica em impulsos magnéticos no processo de gravação e faz o contrário no processo de leitura.

16 O que faz o cabeçote se manter na posição adequada para gravar/ler dados é o ar proveniente da rotação dos discos. Essa rotação, assim como a movimentação do atuador, é feita por dispositivos conhecidos como motores. Quando os discos param de girar, há um mecanismo que leva o cabeçote até uma área conhecida como "landing zone" ou "área de repouso".

17 O desempenho do disco rígido determina a velocidade em que serão abertos programas e arquivos. Um disco rígido rápido, também ajuda caso o micro tenha pouca memória. Mesmo com um processador veloz e muita memória, tudo ficará lento caso o disco rígido não acompanhe. Quase sempre, os discos rígidos de maior capacidade são mais rápidos, mas como sempre existem exceções.

18 Para armazenar e localizar dados em um HD, um dispositivo chamado controlador se utiliza de informações conhecidas por número de trilhas, setores e cilindros. O conjunto dessas informações é denominado "geometria de disco". No processo de fabricação do HD existe uma formatação (mapeamento) que define a forma de armazenamento, dividindo cada disco em trilhas e setores. Os cilindros são trilhas concêntricas na superfície dos discos e estas trilhas são divididas em setores. Estes, por sua vez, são "pedaços" do HD.

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21 Organização - Números típicos (dependem do tamanho do disco): 1) Na década de trilhas por polegada; 2) Nos dias atuais trilhas por superfície num HD Seagate de 750 GB; 3) 38 a 1568 setores por trilha; 4) 12 milésimos de segundo para iniciar uma leitura (7200 RPM). - Um setor é a menor unidade de leitura e de escrita - Tradicionalmente, todas as trilhas possuem o mesmo número de setores

22 Organização: - Podemos classificar as divisões dos discos em: a) Divisões físicas (hardware) controladora, eixo, discos, faces, trilhas e setores; b) Divisões lógicas (software) MBR, partições primárias, partições estendidas, partições lógicas e sistemas de arquivos.

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24 Um fato interessante é que os HDs possuem um cache que tem a função de armazenar informações sobre um determinado setor. Os tamanhos de cache dos primeiros HDs eram de 64 KB. Hoje, são encontrados HDs com cache de 2 MB a 8 MB

25 Custo de acesso ao disco: Registros que pertencem a um mesmo cilindro não requerem deslocamento do mecanismo de acesso Tempo de busca (seek time): tempo de deslocamento do mecanismo de acesso de uma trilha para outra Latência rotacional: tempo para que o inicio do bloco que contenha o registro a ser lido passe pelo cabeçote de leitura/gravação Tempo de transferência: quantidade de tempo necessário para que um bloco (ou setor) seja transferido para um buffer de memória

26 A comunicação do computador com o HD IDE/ATA é feita por um circuito Modo PIO Taxa de transferência Modo 1 (ATA-1) 5,2 MB/s Modo 2 (ATA-1) 8,3 MB/s Modo 3 (ATA-1) 11,1 MB/s Modo 4 (ATA-2) 16,6 MB/s Modo 5 (ATA-2) 22 MB/s conhecido como PIO (Programmed I/O). A taxa de transferência de dados do disco rígido para o computador depende do modo PIO utilizado. Discos ATA/133 (Ultra-7) chegaram a 133 MB/s

27 Padrão IDE (Integrated Drive Electronic, em português, Eletrônica de Integração de Unidade). Trata-se de uma tecnologia que surgiu na época do processador 386 para solucionar o problema que envolvia o aumento de ruído (interferência, perda de dados) quando fabricantes de HDs aumentavam a capacidade de armazenamento de seus discos. Esse ruído ocorria entre o disco e a controladora do HD. Os ruídos, devido a sua natureza de causar perda de informações, fazia com que a controladora solicitasse várias vezes o reenvio dos dados naquele momento. Com isso, não era recomendável aumentar a capacidade dos HDs.

28 Nos conectores da placa-mãe que permitem instalar o HD, também é possível conectar drives de CD-ROM/gravadores de CD-ROM, Zip Drives, etc. Estes dispositivos utilizam o mesmo tipo de cabo utilizado na conexão do HD (flat cable de 40 ou 80 vias). Para que isso seja possível, é utilizado um padrão conhecido como ATAPI, que é uma sigla para "AT Attachment Packet Interface. Na conexão de HDs usa-se uma interface denominada ATA (AT Attachment).

29 Todas as unidades de disco IDE têm um bloco de jumpers localizado entre o conector de 40 pinos e o conector de alimentação. Esses jumpers selecionam as opções de detecção física na unidade de disco rígido. na tabela da esquerda é possível encontrar o significado das configurações. O HD está configurado, na foto, como master. A tabela serve para configurar, também, discos com capacidade maior do que 32 GB. O problema, neste caso é que estes discos não são reconhecidos pelas controladoras mais antigas instaladas nos computadores, nesta situação deve-se empregar apenas a parte inicial de 32 GB do disco, ficando a capacidade acima destes 32 GB inaproveitada.

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32 SCSI é sigla para Small Computer System Interface. Trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador, desde que tais periféricos sejam compatíveis com a tecnologia. O padrão SCSI é muito utilizado para conexões de HD (disco rígido), scanners, impressoras, CD-ROM ou qualquer outro dispositivo que necessite de alta transferência de dados.

33 Existe uma grande variedade de padrões de dispositivos SCSI: SCSI-1: barramento de 8 bits, clock de 5 MHz e taxa de transferência de 5 MB/s; Fast SCSI: barramento de 8 bits, clock de 10 MHz e taxa de transferência de 10 MB/s; Ultra SCSI: barramento de 8 bits, clock de 20 MHz e taxa de transferência de 20 MB/s; Ultra2: barramento de 16 bits, clock de 40 MHz e taxa de transferência de 80 MB/s; Ultra-320 SCSI: barramento de 16 bits, clock de 80 MHz (DDR) e taxa de transferência de 320 MB/s.

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35 O padrão Serial ATA (ou SATA - Serial Advanced Technology Attachment) é uma tecnologia para discos rígidos que surgiu no mercado no ano 2000 para substituir a tradicional interface PATA (Paralell ATA ou somente ATA ou, ainda, IDE).

36 O nome de ambas as tecnologias já indica a principal diferença entre elas: o PATA faz transferência de dados de forma paralela, ou seja, transmite vários bits por vez, como se estes estivessem lado a lado. No SATA, a transmissão é em série, tal como se cada bit estivesse um atrás do outro. Por isso, você deve imaginar que o PATA é mais rápido, não?

37 A transmissão paralela de dados (16 bits por vez) causa um problema conhecido como "ruído (perda de dados ocasionada por interferência). Para lidar com isso nos HDs PATA, os fabricantes utilizam mecanismos para diminuir o ruído. Um deles é recomendar a utilização de um cabo IDE com 80 vias ao invés dos tradicionais cabos com 40 vias. As vias a mais atuam como uma espécie de blindagem contra ruídos.

38 O padrão SATA o ruído praticamente não existe, mesmo porque seu cabo de conexão ao computador possui apenas 4 vias e também é blindado. Isso acaba trazendo outro ponto de vantagem ao SATA, pois como o cabo tem dimensão reduzida, o espaço interno do computador é melhor aproveitado, facilitando inclusive a circulação de ar.

39 Novidade interessante do SATA é a possibilidade de uso da técnica "hot-swap", que torna possível a troca de um dispositivo Serial ATA com o computador ligado. Por exemplo, é possível trocar um HD sem ser necessário desligar a máquina para isso. Este recurso é muito útil em servidores que precisam de manutenção/reparos, mas não podem parar de funcionar.

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41 Serial Attached SCSI - SCSI com Conexão Serial Novo padrão SCSI onde a comunicação é feita em série, em vez de em paralela, como no SCSI tradicional. O padrão SAS permite total compatibilidade com o padrão Serial ATA (SATA). Enquanto o SATA é destinado ao mercado de desktops (usuários finais) o padrão SAS é destinado ao mercado de servidores. Este padrão atinge uma taxa de transferência de até 600 MB/s, estuda-se em padrão para 1.2 GB/s.

42 Serial Attached SCSI - SCSI com Conexão Serial A maior parte dos HDs de alto desempenho, com rotação de RPM, que antes só existiam em versão SCSI, estão sendo lançados também em versão SAS. Nos próximos anos é de se esperar que o SAS substitua gradualmente o SCSI, assim como o SATA já substituiu o IDE quase que completamente nos micros novos. As controladoras SAS incluem normalmente 4 ou 8 portas e são instaladas num slot PCI-X, ou PCI Express. Nada impede também que você instale duas ou até mesmo três controladoras no mesmo servidor caso precise de mais portas. Algumas placas-mãe destinadas a servidores já estão vindo com controladoras SAS onboard, reduzindo o custo.

43 Serial Attached SCSI - SCSI com Conexão Serial Especificaçõs Técnicas: Tipo de Controladora: SAS Níves de Raid Suportados: 0, 1, 0+1, 5, 6 Qtde de Canais: 2 Controladora para: ML350/370/DL380 (G5) Memória Cache (MB): 512

44 Serial Attached SCSI - SCSI com Conexão Serial Formato: 4 HDs de 3,5" RAID Storage (ocupa 3 baias de 5,25") Interface: SAS, SATA-I, SATA-II Material: Corpo em alumínio Alimentação: Conector de 4 e 15 pinos Refrigeração: 1 ventilador trazeiro de 8cm, com alarme contra aquecimento Características: Suporta Plug & Play, Hot Swappable, 6 LEDs (ventilador, força e acesso aos discos) Dimensões: 146(L) x 126,5(H) x 202(P)mm Peso: 1,7Kg líquido SAS 72GB 15000RPM LFF Hot-Plug

45 RAID é a sigla para Redundant Array of Inexpensive Disks. Sua definição em português seria "Matriz Redundante de Discos Independentes". Trata-se de uma tecnologia que combina vários discos rígidos (HD) para formarem uma única unidade lógica, onde os mesmos dados são armazenados em todos. Em outras palavras, é um conjunto de HDs que funcionam como se fossem um só. Isso permite ter uma tolerância alta contra falhas, pois se um disco tiver problemas, os demais continuam funcionando, disponibilizando os dados.

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48 RAID 0 Striping No striping, ou distribuição, os dados são subdivididos em segmentos consecutivos (stripes, ou faixas) que são escritos seqüencialmente através de cada um dos discos de um array, ou conjunto. Cada segmento tem um tamanho definido em blocos. A distribuição, ou striping, oferece melhor desempenho comparado a discos individuais, se o tamanho de cada segmento for ajustado de acordo com a aplicação que utilizará o conjunto, ou array. RAID 1 Mirror Implementa o espelhamento de disco, também conhecido como mirror. Para esta implementação são necessários no mínimo dois discos. O funcionamento deste nível é simples: todos os dados são gravados em dois discos diferentes; se um disco falhar ou for removido, os dados preservados no outro disco permitem a não descontinuidade da operação do sistema. RAID 3 Neste nível, os dados são divididos entre os discos da matriz, exceto um, que armazena informações de paridade. Assim, todos os bytes dos dados tem sua paridade (acréscimo de 1 bit, que permite identificar erros) armazenada em um disco específico. Através da verificação desta informação, é possível assegurar a integridade dos dados, em casos de recuperação. RAID 5 No RAID 5 a paridade não fica destinada a um único disco, mas a toda a matriz. Isso faz com que a gravação de dados seja mais rápida, pois não é necessário acessar um disco de paridade em cada gravação. RAID Combinação do Raid 0 + Raid 1

49 Partição Particionar um dispositivo é separá-lo ou dividi-lo de forma que cada uma das suas partes, denominadas partições, possa receber um tipo de sistema de arquivo e esteja preparada para receber as informações. As partições são áreas de armazenamento, criadas durante o processo de particionamento, sendo que cada uma delas funciona como se fosse um disco rígido (ou dispositivo utilizado). Para se utilizar uma partição, entretanto, deve-se criar um sistema de arquivos, ou seja, um sistema que organize e controle os arquivos e diretórios desta partição. Uma partição pode ter apenas um sistema de arquivos.

50 Tipos de Partições: Primária e Estendida 4 Primárias Ou 3 Primárias; e 1 Estendida (contém partições lógicas) Para identificar as partições a tabela de partições utiliza 64 bytes da MBR (Master Boot Record), sendo que cada partição utiliza 16 bytes. Essa limitação de 4 partições é antiga e foi superada utilizando a partição estendida (EBR).

51 Partição Primária Este é o primeiro tipo de partição que se deve criar no disco. Essa partição precisará, depois de criada, de um sistema de arquivos para que o armazenamento de dados possa ser realizado. Em um disco, é obrigatório haver pelo menos uma partição primária. No GNU/Linux pode-se chegar a quatro partições primárias, porém, se estas forem criadas não se poderá criar mais nenhuma partição no sistema.

52 Partição Estendida Essa partição é um derivado de partição primária. Uma partição estendida não pode receber um sistema de arquivos, nem dados, pois o objetivo dela é ampliar o limite de partições no sistema, mas lembre-se, só se pode criar uma partição deste tipo no disco. A partição extendida mantém uma EBR (Extend Boot Record) e uma EPT (Extend Partition Table) para registrar e garantir as informações das partições lógicas.

53 Partição Lógica Também chamadas de unidades lógicas, são as partições contidas dentro da partição estendida. Pode-se chegar a 63 partições utilizáveis (primárias + lógicas) com discos IDE e 15 partições utilizáveis com discos SCSI ou Sata.

54 Sistema de arquivos Sistema de arquivos é uma maneira organizada de armazenar dados em um disco. O sistema de arquivos está sempre relacionado ao sistema operacional que será instalado, pois este deverá reconhecer o sistema de arquivos do disco para poder armazenar e gerenciar a leitura e a escrita dos dados. Junto ao sistema de arquivos, existirá uma tabela de alocação de arquivos que será utilizada como índice pelo sistema operacional para que este possa localizar os dados de maneira eficiente e rápida.

55 Tecnologia S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Report Technology) S.M.A.R.T. é uma tecnologia que permite um sistema de monitoramento de discos rígidos que detecta e antecipa falhas, através de indicadores de confiabilidade. Alguns atributos são avaliados periodicamente (horas de uso, contagem de desligamentos, erros de integridade, realocação, etc...) e relatórios são gerados através de softwares que permitem a leitura destes dados;

56 Componentes Físicos de um HD IDE Cabo plano do acionamento do motor do disco

57 conjunto disco/cabeças de leitura

58 Bobina de acionamento do motor linear do conjunto de braços de leitura

59 Imã dentro do qual a bobina se movimenta

60 Braço das cabeças de leitura

61 Cabeça de leitura

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63 Hard Hard Disk Disco Rígido (HD) Disk Disco Rígido (HD)

64 Hard Hard Disk Disco Rígido (HD) Disk Disco Rígido (HD)

65 CD-ROM

66 CD-ROM Um CD é um disco de acrílico, sobre o qual é impressa uma longa espiral. As informações são gravadas em furos nessa espiral, o que cria dois tipos de irregularidades físicas: pontos brilhantes e pontos escuros. Estes pontos são chamados de bits, e compõem as informações carregadas pelo CD.

67 CD-ROM A leitura destas informações é feita por dispositivos especiais, que podem ser CD Players ou DVD Players. A superfície da espiral é varrida por um laser, que utiliza luz no comprimento infravermelho. Essa luz é refletida pela superfície do disco e captada por um detector. Esse detector envia ao controlador do aparelho a seqüência de pontos claros e escuros, que são convertidos em "1's ou 0's", os bit's (dados binários). Para proteger a superfície do CD de sujeira, é colocada sobre ela um disco de plástico especial.

68 CD-ROM Um CD contém quatro camadas: a primeira consiste no rótulo, conhecida como camada adesiva; a segunda é uma camada de acrílico, que contém os dados propriamente dito; a terceira é uma camada reflexiva composta de alumínio e, finalmente, uma quarta, chamada de camada plástica, feita de policarbonato. A cor prata que vemos no CD é o resultado da soma das camadas de gravação e reflexão.

69 CD-ROM CD-ROM foi desenvolvido em 1985 e traduz-se aproximadamente em língua portuguesa para Disco Compacto - Memória Apenas para Leitura.

70 CD-ROM O termo "compacto" deve-se ao seu pequeno tamanho para os padrões vigentes, quando do seu lançamento, e "memória apenas para leitura" deve-se ao fato de o seu conteúdo poder apenas ser lido, e nunca alterado. A gravação é feita pelo seu fabricante. Existem outros tipos desses discos, como o CD-R e o CD-RW, que permitem ao utilizador normal fazer a suas próprias gravações uma, ou várias vezes, respectivamente, caso possua o hardware e software necessários.

71 CD-ROM Os CD-ROM, podem armazenar qualquer tipo de conteúdo, desde dados genéricos, video e áudio, ou mesmo conteúdo misto. Os leitores de áudio normais, só podem interpretar um CD-ROM, caso este contenha áudio. A norma que regula os CD-ROMs, estabelecida em 1985, pela Sony e Philips. foi

72 CD-ROM Basicamente, um CD-ROM é constituído um disco de plástico transparente com duas faces, e um orifício no centro. A uma das faces deste disco, é aplicada uma liga metálica, onde serão efetivamente armazenados os dados, e que cobre a maioria da superfície. Por cima da outra face são geralmente impressas imagens ou caracteres. Ambas as faces devem ser tratadas com cuidado, mas esta especialmente, pois o mais pequeno dano pode inutilizar todo o disco. A face oposta, é deixada limpa e livre para que o disco possa ser lido.

73 CD-ROM Funcionamento Mecanismo de leitura e gravação à laser em um CD-ROM Na liga metálica que cobre uma das faces do disco, degraus microscópicos, intercaladas om espaços (sem acção do laser), são impressos de forma contínua e em espiral, desde o centro até o limite exterior. Estas depressões e espaços, correspondem a 0's e 1's - bits ou dígitos binários - que são posteriormente codificados em informação pelos leitores de CD-ROM.

74 CD-ROM

75 CD-ROM Capacidade Alguns anos antes de 2005, os CD-ROMs com capacidade para 650 megabytes, foram substituídos pelos de 700 megabytes, passando então estes a ser os mais comuns, existindo no entanto, outros formatos superiores.

76 CD-ROM

77 DVD-ROM DVD significa Digital Versatile Disc (antes denominado Digital Video Disc). Contém informações digitais, tendo uma maior capacidade de armazenamento que o CD áudio ou CD-ROM, devido a uma tecnologia óptica superior, além de padrões melhorados de compressão de dados.

78 DVD-ROM Os DVDs possuem por padrão a capacidade de armazenar 4.7 GB de dados, enquanto que um CD armazena em média de 700 a 800 MB. Os chamados DVDs de Dupla Camada podem armazenar o dobro da capacidade de um DVD comum, ou seja, 9.4 GB. Apesar da capacidade nominal do DVD comum gravável, é possível apenas gravar MB de informações, e com o tamanho máximo de cada arquivo de 1 GB. O tamanho máximo de arquivo varia conforme o tipo de gravação: UDF, ISO normal, DVD-video etc...

79 DVD-ROM

80 DVD-ROM DVD+R é, como o DVD-R, um disco de 4,7 GB que pode ser usado para gravar filmes e assistir em DVD players comerciais. Apesar de ter a mesma função e a mesma capacidade, um disco DVD+R só pode ser gravado em gravadores DVD+R, enquanto que discos DVD-R só podem ser gravados em gravadores DVD-R. Existem no mercado gravadores que conseguem gravar os dois tipos de mídia, chamados gravadores DVD±R. Na prática, a diferença da mídia DVD-R para a DVD+R é o desempenho: discos DVD+R são lidos mais rapidamente do que discos DVD-R. Esta diferença só é sentida se você usar o disco DVD para gravar arquivos comuns, isto é, usar como uma mídia de backup, já que para assistir filmes o desempenho é o mesmo

81 DVD-ROM DVD+R DL: semelhante ao DVD+R, mas que permite a gravação em dupla camada (DL significa dual layer), aumentando a sua capacidade de armazenamento. DVD-RW: permite gravar e apagar cerca de mil vezes, oferecendo um modo de montagem conhecido como VR. DVD+RW: permite gravar e apagar cerca de mil vezes, podendo ser lido pela maioria de leitores de DVD. DVD-RAM: permite gravar e apagar mais de cem mil vezes, oferecendo a possibilidade de gravação e leitura em simultâneo (time shift) sem o risco de apagar a gravação. Compatível com poucos leitores de DVD.