Fundamentos da Computação Dispositivos de Armazenamento Entrada e Saída

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1 Fundamentos da Computação Dispositivos de Armazenamento Entrada e Saída Dispositivos de Memória Secundária; de Massa ou Armazenamento. Prof. Bruno Guilhen Unidades de armazenamento: Magnéticos disco fixo ou disco rígido disquete - Fita magnética Ópticos CD, DVD, -Blu-Ray HD Fita Dat Hard Disk Disco Rígido Winchester 4 GB 450GB 20 GB 1,5TB 1

2 Compact Disk (CD) Disco Versátil Digital (DVD) 700 MB / 80 min 4,7 GB / 8,5GB 9,4GB/17GB Zip Disk 100 MB 250 MB Blu-Ray Disc (BD) Disquete 3 ½ 25GB/50GB 100GB/125GB 1440 KB 1,44 MB PenDrive 128 MB 256 GB Hard Disk e Disquetes (Disco Rígido e Flexível) 2

3 Organização de disco e disquete Características: Os discos magnéticos são divididos magneticamente em círculos concêntricos chamados de trilhas e as trilhas em setores. Quanto mais trilhas maior a capacidade; OsHDspor serem selados usam formatações físicas diferentes. Os disquetes sempre usam a mesma formatação física. O HD é constituído de uma ou mais superfícies, denominadas pratos (platters). Trilhas As trilhas são numeradas de 0 (a trilha mais externa) e T 1 (a trilha mais interna) As trilhas de mesmo raio em vários pratos recebe o nome de cilindro. A cabeça magnética é o elemento (transdutor) responsável por escrever/ler dados na superfície de um prato. Setor menor unidade física endereçável; tamanho típico de dados: 512 bytes; entretanto setor mantém maior quantidade de informação (~600 bytes) conjunto de setores (CLUSTER); o espaço entre um setor e outro (intersector gap) e (intertrack gap) entre trilhas; 3

4 Organização de um Setor[1][3][4] Um setor é composto de Preâmbulo, Área de Dados e Código de Correção de Erros (ECC). Preâmbulo serve para que um setor não seja confundido com outro setor, nele estão os elementos de sincronização da cabeça de leitura. ECC serve para proteger os 512 bytes de possíveis erros de transmissão (código de Hamming, código de Reed-Solomon). Representação de um Setor Trilha Setor E Preâmbulo 512 Bytes ECC Gap Acesso ao HD[1] O acesso a um HD (R-W) resume-se em: Interpretação do comando de E/S Posicionamento do braço na Trilha/Cilindro desejado (chamado de Seek). Localização do Setor. Transferência dos dados. Tempo de Acesso O tempo de acesso é o tempo gasto entre o instante de início da leitura/escrita até o seu término. E pode ser calculado por Tempo de interpretação do comando Tempo de busca (seek) Tempo de latência Tempo de transferência do dado Obs: o tempo de rotação do disco pode variar o tempo de latência (5400/ 7200/ RPM) 4

5 Capacidade de Armazenamento: CA: n de trilhas x n de setores x n de faces x 512 (setor) Exemplo: 80 trilhas x 18 setores x 2 faces x 512 (setor) = bytes? Conexão com o HD [3][4] As conexões típicas para HDs são: IDE (Integrated Drive Eletronics) EIDE (Extended IDE) ATA (Advanced Technology Attachment) SATA (Serial ATA) SCSI (Small Computer System Interface) SAS (Serial Attached SCSI) Observações sobre Conexões de HD O SATA é mais usados para computadores de pequeno porte (padrão PC), com um protocolo que permite que esse tipo de dispositivo seja conectado/desconectado com o sistema energizado ( Hot Swap ). O SCSI é mais usado em computadores de grande porte, um controlador SCSI permite 7 dispositivos (HD, CD, Scanner, etc). Formatação Física vs. Lógica Física de baixo nível, consiste na divisão da superfície da mídia magnética em trilhas e setores. Lógica de alto nível, consiste na preparação dos setores para uso pelo sistema operacional, além da inclusão do setor de boot, diretório raiz e Sistema de Arquivo. 5

6 RAID [1][2][3] O RAID (Redundant Array of Independent Disks) é um conjunto de discos rígidos apropriados para ambientes onde haja uma alta taxa de acesso ao disco rígido. Nesse processo um conjunto de discos estão dispostos, aumentando a confiabilidade dos dados e a taxa de transferência. Principais características do RAID: O RAID consiste em um agrupamento de unidades de discos físicos, visto pelo sistema operacional como uma única unidade de disco lógico. Os dados são distribuídos pelas unidades de discos físicos do agrupamento. A capacidade de agrupamento é usada para armazenar informações garantindo a recuperação de dados em caso de falhas Existem 2 tipos de RAID, sendo um baseado em HARDWARE e o outro baseado em SOFTWARE. HARDWARE É o mais utilizado, pois não depende de sistema operacional (pois estes enxergam o RAID como um único disco grande) e são bastante rápidos, o que possibilita explorar integralmente seus recursos. Sua principal desvantagem é ser um tipo caro inicialmente. O RAID baseado em hardware, utiliza dispositivos denominados "controladores RAID", que podem ser, conectados em slots PCI da placa-mãe do computador 6

7 SOFTWARE Já o RAID baseado em software não é muito utilizado, pois apesar de ser menos custoso, é mais lento, possui mais dificuldades de configuração e depende do sistema operacional para ter um desempenho satisfatório. Este tipo ainda fica dependente do poder de processamento do computador em que é utilizado. TIPOS DE RAID RAID 0 É o mais simples de todos os esquemas e é o que apresenta a maior taxa de transferência; É usado para melhorar a performance do computador; Utiliza o método de divisão de dados também é conhecido como "Striping" ou "Fracionamento ; Uma falha em qualquer um dos HDs pode ocasionar perda de informações; RAID 1 Também conhecido como "Mirroring" ou "Espelhamento", o RAID 1 funciona adicionando HDs paralelos aos HDs principais existentes no computador. Se um dos HDs apresentar falha, o outro imediatamente pode assumir a operação e continuar a disponibilizar as informações. A conseqüência neste caso, é que a gravação de dados é mais lenta, pois é realizada duas vezes. 7

8 RAID 2 Este tipo de RAID, adapta o mecanismo de detecção de falhas em discos rígidos para funcionar em memória. Assim, todos os discos da matriz ficam sendo "monitorados" pelo mecanismo. Atualmente, o RAID 2 é pouco usado, uma vez que praticamente todos os discos rígidos novos saem de fábrica com mecanismos de detecção de falhas implantados. 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. Precisa de pelo menos 3 discos para funcionar. RAID 4 Divide os dados entre os discos, sendo que um é exclusivo para paridade. A diferença entre o nível 4 e o nível 3, é que em caso de falha de um dos discos, os dados podem ser reconstruídos em tempo real através da utilização da paridade calculada a partir dos outros discos, sendo que cada um pode ser acessado de forma independente. Indicado para o armazenamento de arquivos grandes, onde é necessário assegurar a integridade das informações. RAID 5 este é muito semelhante ao nível 4, exceto o fato de que 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 ái acessar um disco de paridade d em cada gravação. Apesar disso, como a paridade é distribuída entre os discos, o nível 5 tende a ter um pouco menos de performance que o RAID

9 Sistema de Arquivos Sistema de Arquivos é a parte do sistema operacional responsável por lidar com mídias de armazenamento de dados. O sistema FAT é o mais usado no PC. Tipos de Sistema de Arquivos FAT 12 Usada em disquetes; FAT 16 MSDOS, Windows 3x; FAT 32 Windows 95, OSR2, Windows 98, Windows 2000; NTFS Windows NT, 2000; XP, etc; EXT3 Linux REISER FS Linux HPFS OS/2, NT e Compact Disk - CD 9

10 CD lâmina de plástico e metal (alumínio) diâmetro de 120 mm (4,75 polegadas) espessura de 1,2 mm pit e land um ponto que reflete a luz é land ponto que não reflete a luz é pit pontos têm de 0,9 a 3,3 microns de comprimento, 0,6 microns de largura e 0,12 microns de profundidade pontos dispostos em uma espiral do eixo central até a borda, com espaçamento de 1,6 microns entre voltas e cerca de 3 milhas de comprimento Taxa de Transferência do CD 10

11 CD-WO (Write Once) ou CD-R CD-R pode ser lido CD-DA players totalmente reflexivo (cristalino) apresenta uma camada de absorção entre o substrato e a camada de reflexão gravação mudança irreversível na reflexão aquecendo a camada de absorção (burning) polímero fica opaco com calor CD-R gravação forma zonas opacas, que difundem a luz zona opaca é interpretada como buraco (pit) pequena parcela é refletida na direção correta processo não reversível problemas com calor intenso (luz solar direta) CD-RW (regravável) CD-E (erasable) ou CD-RW (nome atual) liga de prata-índio-antimônio-telúrio dois estados (fases) um estado é cristalino - alta reflexão outro estado amorfo - baixa reflexão troca de fase sob influência de laser laser de menor potência troca de amorfo para cristalino repetição de 2000 a 5000 vezes DVD (Digital Versatile Disc) Lançado em 1995 para substituir o CD Esta dividido em zonas (0 8) de acordo com os diversos continentes mundiais, e perfis de leitura. Brasil (América do Sul + América Central), México, Austrália, Nova Zelândia pertencem à região 4. O DVD pode ser lido e gravado em mais de uma face (Double Layer). DVD-R e DVD+R se diferem na velocidade de leitura. 11

12 Blu-Ray Oficialmente o Blu-Ray ganhou o mercado em Fev/2008 do HD-DVD Faz uso de um laser azul-violeta de 405 nm, contra vermelho 650 nm (DVD) e infravermelho 780 nm (CD). Resistência a arranhões e gordura (Tecnologia Durabis II). Suporta os formatos MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC

13 Tx de Transferência do BD Velocidade 1x 2x 4x 6x 8x 12x Tx de Transferência 4,5 MB/s 9 MB/s 18 MB/s 27 MB/s 36 MB/s 54 MB/s Aula 7 Periféricos de Entrada e Saída Definições: Periférico de Entrada é aquele que o usuário utiliza para inserir dados que serão processados. Periférico de Saída é aquele que o usuário utiliza para retirar dados processados. Periférico de Entrada e Saída é aquele que o usuário utiliza tanto para inserir como para retirar dados processados. Exemplos: Periférico de Entrada Mouse, Teclado, Scanner, WebCam, Leitor de CD/DVD, Microfone,etc. Periférico de Saída Impressora, Monitor de Vídeo, Plotter, Projetores, Cx de Som, etc. Periférico de Entrada e Saída Monitor de Toque (touch screen), Gravadores de CD/DVD, Drive de Disquete, HD, Pendrive, Modem, etc. 13

14 Bibliografia [1] Introdução à Organização de Computadores, Mário A. Monteiro, 5ª Ed., LTC. [2] Arquitetura de Computadores, Hennessy e Patterson, 3ª Ed., Campus. [3] Organização Estruturada de Computadores, Andrew S. Tanenbaum, 5ª Ed., Prentice Hall. [4] Hardware e Interfaceamento, R. Zelenovsky e Mendonça A., 4ª Ed., MZ Editora. FIM 14