Hardware Básico. Outros Dispositivos de Armazenamento. Professor: Wanderson Dantas

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1 Hardware Básico Outros Dispositivos de Armazenamento Professor: Wanderson Dantas

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3 Unidades Ópticas Unidades ópticas usam um feixe de laser para ler e gravar (no caso das unidades e mídias que permitem gravação) dados em um disco. Nesta aula, nós estudaremos as unidades de disco óptico mais conhecidas atualmente: o CD, o DVD e o Blu-Ray, além de suas variações. Fisicamente, unidades ópticas são todas parecidas, independente do tipo de mídia que são capazes de ler ou gravar. Você deverá usar uma unidade óptica compatível com o tipo de mídia que você queira ler e/ou gravar. Por exemplo, unidades de CD e DVD não são capazes de ler discos Blu-Ray (apesar de eles terem o mesmo tamanho físico de CDs e DVDs), porém unidades Blu-Ray são capazes de ler (e normalmente gravar) CDs e DVDs.

4 CD O aparelho de CD (Compact Disc, Disco Compacto) foi desenvolvido pela Phillips e pela Sony e lançado no mercado em 1983 para trazer áudio digital de alta qualidade. Dentro de um CD não há sons gravados, apenas números que representam sons. Como o aparelho de CD na verdade lê apenas números na superfície do disco, ele pode usar métodos de correção de erros, o que simplesmente elimina a hipótese de um dado ter sido lido de forma incorreta, o que geraria ruído. Da mesma forma, como trabalha com números, a procura de um determinado dado dentro de um CD é um processo relativamente simples. Aliás, é por armazenar dados em forma de números que o CD é capaz também de armazenar dados de computador, como veremos.

5 CD Com a introdução do CD como mídia para o armazenamento de dados de computador, o CD de áudio passou a ser chamado de CD- DA (Compact Disc, Digital Áudio), enquanto o CD de dados chamase CD-ROM (Compact Disk, Read Only Memory). Atualmente, temos duas variantes importantes do CD tradicional: O CD-R (CD Recordable, CD Gravável) e o CD-RW (CD Read and Write, CD regravável). Como a formatação e o funcionamento dessas mídias são idênticos aos do CD-R e ao CD-RW, quando nos referimos a CD-ROM, estamos nos referindo também ao CD-R e ao CD-RW. Posteriormente, iremos ver as características individuais de cada mídia.

6 Tamanho Físico CDs são tipicamente encontrados com 8 cm de diâmetro (formato também chamado Mini CD ) ou com 12 cm de diâmetro. Existem outros tamanhos e formatos não padronizados, como CDs do tamanho de cartões de visitas para o armazenamento de apresentações. O aparelho de CD lê a superfície de um CD através de um feixe laser, o que permite que informações sejam gravadas muito próximas umas das outras, uma vez que não há interferências de qualquer tipo, além do feixe laser ser extremamente fino. Durante a gravação de um CD, sua superfície é alterada: sulcos são criados para que o laser percorra uma maior distância.

7 Tamanho Físico Como os dados armazenados em mídias ópticas são gravados através da modificação física da superfície do disco, não há como apagarmos dados contidos em um CD nem regravarmos um CD pelo simples fato de ser impossível reconstituir sua superfície original (em outras palavras não há como tapar os sulcos do CD). Obviamente, os CDs regraváveis (CD-RW) funcionam com outra tecnologia, que permite que os dados sejam apagados e regravados, como veremos mais adiante. É por esse motivo que o CD de dados é chamado CD-ROM.

8 Trilha Enquanto que a superfície de discos magnéticos e optomagnéticos é dividida em trilhas concêntricas, em mídias ópticas há apenas uma única trilha, em espiral. Isso ocorre porque o CD foi originalmente criado para reproduzir programas de áudio, que normalmente são escutados de forma contínua, como nos antigos discos de vinil, onde também só havia uma única trilha em forma de espiral (a mesma ideia é aplicada em discos DVD e Blu-Ray, que foram originalmente desenvolvidos para filmes, que também são normalmente assistidos de forma sequencial). Esse formato de trilha faz com que o sistema de controle seja bem mais simples, porém mais lento do que o sistema usado em discos rígidos.

9 Capacidade A dupla Sony-Phillips decidiu que um CD deveria ser grande o suficiente para que nele coubesse a Nona Sinfonia de Beethoven e que não precisaria ter uma capacidade maior do que isso. A Nona Sinfonia de Beethoven foi, portanto, utilizada como parâmetro arbitrário para a decisão da capacidade de armazenamento do CD. Como esta sinfonia tem 74 minutos, a capacidade máxima dos CDs ficou fixada nesse tempo.

10 Capacidade Tipo Setores Capacidade de Dados Duração de Áudio 8 cm ,6 MiB 21 minutos 650 MB ,4 MiB 74 minutos 700 MB ,1 MiB 80 minutos 800 MB ,1 MiB 90 minutos 900 MB ,1 MiB 99 minutos

11 Velocidade Por que devemos nos preocupar com a taxa de transferência de unidades ópticas? Fabricantes do CD-ROM divulgam a taxa de transferência padrão como sendo de 150 kb/s, porém algumas versões podem ser encontradas até 175 kb/s. O CD-ROM pode ser utilizado para o armazenamento de uma grande quantidade de dados; porem, a sua transferência para o micro é lenta demais. Isso prejudica seriamente aplicações multimídia, que não serão capazes de apresentar animações sem quebra de quadros, se lidas diretamente do CD.

12 Velocidade Muitas vezes, a solução encontrada era copiar os arquivos da aplicação do CD-ROM para o disco rígido, executando a aplicação a partir do disco rígido. É claro que, antigamente, tínhamos um grande problema: os discos rígidos eram de baixa capacidade. A melhor solução era aumentar a taxa de transferência da unidade de CD-ROM, permitindo que aplicações multimídia fossem executadas diretamente do CD sem quebra de quadros, sem a necessidade de cópia de arquivos para o disco rígido. O aumento da taxa de transferência foi executado basicamente aumentando-se a velocidade de rotação do CD dentro da unidade. Uma unidade 2x apresenta uma taxa de transferência equivalente ao dobro da usada na unidade padrão, ou seja, de 300 kb/s, da mesma maneira que uma unidade 8x apresenta uma taxa de transferência de 1200kB/s (8 x 150 kb/s) e assim sucessivamente.

13 Mídias CDs podem ser encontrados como três tipos básicos de mídia: Mídias comerciais: São mídias prateadas encontradas em CDs gravados industrialmente, como as encontradas em CDs comercializados por gravadoras de música. CD-R: São mídias vendidas virgens, podendo ser gravadas pelo usuário através de uma unidade óptica compatível; não podem ser apagadas e regravadas. CD-RW: São mídias vendidas virgens, podendo ser gravadas, apagadas e regravadas pelo usuário através de uma unidade óptica compatível.

14 Mídias Comerciais Os CDs comerciais são fabricados a partir de um derivado do petróleo chamado policarbonato. O policarbonato é derretido e injetado em uma forma, que contem o formato do CD a ser gravado, isto é, o formato dos sulcos e das áreas que deverão permanecer lisas. Após o policarbonato ter secado e ter ganho a forma dos sulcos e áreas lisas que a superfície do CD deve ter, o disco resultante formará o substrato plástico do CD. Uma camada reflexiva de alumínio é plicada sobre o substrato plástico. Essa camada serve para reforçar as áreas lisas e sulcos do substrato plástico. Essa cama reflexiva de alumínio é extremamente fina, com apenas alguns nanômetros de espessura. Por cima dessa camada de alumínio é aplicada uma camada de verniz transparente, de forma a proteger o alumínio. O laser consegue ultrapassar essa camada protetora sem o menor problema. Os CDs comerciais são prateados justamente por conta da camada de alumínio.

15 CD-R No disco CD-R, o substrato plástico já vem com a trilha em espiral formada. A gravação dos dados é feita derretendo-se pontos em uma camada de material orgânico. Na camada reflexiva dos CDs-R é tradicionalmente usado ouro (em vez do alumínio dos CDs comerciais), o ouro é mais maleável, o que permite o seu ajuste à camada de material orgânico.

16 CD-RW O CD-RW é regravável, graças ao uso de um material fotossensível que muda sua característica química (e, consequentemente, física) conforme a influencia da luz. Na gravação de dados, um feixe laser de alta intensidade altera a característica do material do ponto do CD-RW que está sendo iluminado. O ponto fica opaco ou cristalino conforme a incidência do laser. Como o material da superfície do CD-RW reflete a luz do feixe laser em uma intensidade diferente dos CDs convencionais e do CD-R, unidades de CD antigas não são capazes de ler discos CD-RW.

17 CD-RW Para que unidades ópticas consigam ler CDs-RW, elas necessitam de um circuito chamado AGC (Automatic Gain Control, Controle Automático de Ganho), que está disponível em todas as unidades ópticas atuais. Como o processo de gravação e apagamento do CD-RW se dá através de luz, você não deve deixar discos CD-RW expostos diretamente a fontes de luz, como, por exemplo, a luz do sol.

18 DVD O DVD (Digital Versatile Disc ou Digital Video Disc) é um disco óptico com o mesmo tamanho físico do CD, porém com capacidades de armazenamento bem maior. O DVD pode ser usado para filmes (DVD-Vídeo), áudio (DVD-Áudio) ou dados de computador (DVD- ROM). Assim como ocorreu com o CD, várias tecnologias foram criadas para permitir mídias graváveis (DVD-R e DVD+R) e regraváveis (DVD-RAM, DVD-RW e DVD+RW), como estudaremos. Unidades de DVD são capazes de ler CDs de áudio, CDs-ROM, CDs- R e CDs-RW. Gravadores de DVD são capazes de gravar mídias DVD e também CDs-R e CDs-RW. Unidades ópticas que são capazes de gravar CDs e ler DVDs (mas não gravar) são também chamadas unidades combo.

19 Funcionamento O princípio de funcionamento do DVD é o mesmo do CD, com a presença de sulcos e áreas lisas na superfície do disco. Como no CD, no DVD só há uma trilha em espiral, e esta é mais longa, por haver um espaço menor entre suas voltas. Outra maneira encontrada para obter uma maior capacidade de armazenamento é o uso de mais camadas e mais lados de gravação. O primeiro disco de DVD de 12 cm lançado, chamado DVD-5, utiliza a mesma tecnologia de gravação do CD, ou seja, um único lado e uma única camada. Para aumentar a capacidade, uma segunda camada de gravação foi adicionada ao DVD-9. Essa camada, de 3,8 GB, é intercalada com a primeira.

20 Funcionamento Para ler os dados contidos na segunda camada, o sistema de leitura controla o feixe laser com outro foco. Na reprodução de vídeos em DVD pode haver uma pequena pausa no momento em que a unidade troca uma camada para outra. Esta mesma técnica é usada em discos Blu-Ray com mais de uma camada. No caso do DVD-10 e DVD-18, ambos têm duas faces. O DVD-10 funciona como se fossem dois DVDs-5 colados um de costas para o outro, enquanto que o DVD-18 funciona como se fossem dois DVDs- 9 colados um de costas para o outro. O usuário tem de virar manualmente o DVD para que a outra face possa ser lida.

21 Capacidades Como são usados 24 bits para o armazenamento do número do setor, em teoria um DVD pode ter até 2 24 setores ou setores. Como cada setor armazena bytes, temos que a capacidade máxima teórica de um DVD é de bytes ou 32 GiB. No entanto, as mídias existentes possuem capacidade inferior, como na tabela abaixo.

22 Capacidades Padrão Diâmetro Capacidade Tempo de Vídeo Lados Camadas DVD-1 8 cm 1,46 GB (1,36 GiB) N/D 1 1 DVD-2 8 cm 2,66 GB (2,47 GiB) N/D 1 2 DVD-3 8 cm 2,92 GB (2,72 GiB) N/D 2 1 DVD-4 8 cm 5,32 GB (4,95 GiB) N/D 2 2 DVD-5 12 cm 4,7 GB (4,37 GiB) 133 minutos 1 1 DVD-6 12 cm 8,5 GB (7,95 GiB) 240 minutos 1 2 DVD-7 12 cm 9,4 GB (8,75 GiB) 266 minutos 2 1 DVD-8 12 cm 17,1 GB (15,90 GiB) 480 minutos 2 2

23 Velocidade A taxa de transferência padrão de uma unidade de DVD é de kb/s, equivalendo a uma unidade de CD-ROM 9x. portanto, unidades de DVD 2x atingem taxas de transferência de 2,7 MB/s e assim sucessivamente. A velocidade da unidade varia de acordo com a mídia usada e/ou com o tipo de operação (leitura ou escrita). Por exemplo, um gravador de DVD pode oferecer velocidade de 16x para leitura, mas 8x para gravação de DVD+RW e 6x para gravação de DVD-RW. É importante comprar mídias compatíveis com a velocidade máxima do gravador, ou do contrário você poderá encontrar problemas na gravação.

24 DVD-Vídeo Para a maioria das pessoas fora do mercado de informática, o principal uso para o DVD é assistir a filmes comerciais gravados nesta mídia.

25 DVD-Áudio O DVD oferece alta capacidade de armazenamento de áudio para usuários. Um DVD-5 é capaz de gravar mais de 55 horas de áudio (ou seja, minutos) com seis canais e qualidade de estúdio. No entanto, este formato não pegou, e poucos DVDs-Áudio foram lançados.

26 Mídias Há vários tipos de mídia usando o formato DVD, conforme listamos a seguir. Para ler ou gravar dados em qualquer uma dessas mídias, a sua unidade óptica deverá ser compatível com a mídia pretendida. É importante lembrar que aparelhos de DVD de mesa nem sempre são capazes de ler DVDs de dados. DVD-ROM: Qualquer mídia de DVD gravada comercialmente ou qualquer mídia em operação de leitura é considerada um DVD- ROM. Assim, a velocidade descrita para DVD-ROM na página de especificações técnicas da unidade óptica refere-se à velocidade de leitura de mídias DVD.

27 Mídias DVD-RAM: A primeira tecnologia de regravação de DVDs. O DVD-RAM era na realidade um disco optomagnético e, com isso, incompatível com unidades de DVD, na época. Esta tecnologia encontra-se atualmente obsoleta. DVD-R: Inicialmente lançado com capacidade de 3,95 GB, foi posteriormente redesenhado para suportar as capacidades que vimos anteriormente. Atualmente as mídias mais comuns são as de uma camada (DVD-5) e de duas camadas (DVD-8). DVD-RW: Similar ao DVD-R, porem permite a regravação de dados, usando a mesma tecnologia do CD-RW.

28 Mídias DVD+R: Padrão concorrente do DVD-R, usando um sistema diferente de orientação para a cabeça. Unidades de DVD mais antigas não conseguem ler este formato. DVD+RW: Padrão concorrente do DVD-RW, usando um sistema diferente de orientação para a cabeça. Unidades de DVD mais antigas não conseguem ler este formato.

29 Diferenças entre DVD-R/DVD-RW e DVD+R/DVD+RW Os formatos DVD-R e DVD-RW (chamados menos ) foram criados pelo consórcio que inventou o DVD e, por isso, são compatíveis com todas as unidades de DVD. Já os formatos DVD+R e DVD+RW (chamados mais ) foram criados por outro grupo de empresas, e unidades de DVD mais antigas não reconhecem mídias mais (algumas unidades passam a reconhecer mídias mais após um upgrade de firmware).

30 Diferenças entre DVD-R/DVD-RW e DVD+R/DVD+RW A maior diferença está no fato de que a gravação de mídias mais pode ser para e continuada posteriormente, sem a necessidade de se fechar a mídia. Na continuação da gravação, não é necessário gravar um Lead Out e depois um Lead In, fazendo com que não haja perda de espaço no disco. Com isso, na gravação de vídeos, não haverá pausas quando a mídia chegar a um ponto onde a gravação foi parada e depois continuada. Por causa dessa característica, as mídias mais são mais apropriadas para uso na gravação de vídeo. Por conta dessa diferença, as mídias mais são consideradas superiores às mídias menos.

31 Blu-Ray Houve uma intensa batalha mercadológica para definir qual seria o formato sucessor do DVD, se o HD-DVD ou o Blu-Ray, com o Blu- Ray ganhando a batalha. Este tipo de disco, também chamado BD, traz uma capacidade de armazenamento superior à do DVD, permitindo a gravação de filmes em alta definição (resolução 1920 x 1080 com varredura progressiva, padrão chamado 1080p). Ele também pode ser usado para a gravação de dados de computador. Alguns consoles de videogame também usam esta tecnologia para o armazenamento de jogos.

32 Tamanho Físico Assim como ocorre com CDs e DVDs, existem discos Blu-Ray com 8 cm e com 12 cm de diâmetro.

33 Funcionamento O principio de funcionamento do Blu-Ray é o mesmo dos CDs e DVDs, com um feixe laser fazendo a leitura de dados, codificados através de áreas lisas e sulcos gravados na superfície do disco.

34 Velocidade A taxa de transferência padrão do Blu-Ray é de 4,5 MB/s, equivalendo a uma unidade de DVD de 3,3x e a uma unidade de CD de 30x. Assim, uma unidade Blu-Ray que consegue ler discos BD-ROM a 4x tem uma taxa de transferência de 18 MB/s. Você deverá compra mídias compatíveis com a velocidade de gravação da unidade, do contrário encontrará problemas na hora de gravar discos.

35 Capacidade Atualmente discos Blu-Ray estão disponíveis com as capacidades listadas na tabela abaixo. Padrão Diâmetro Capacidade Lados Camadas Mini Blu-Ray SL 8 cm 7,79 GB (7,26 GiB) 1 1 Mini Blu-Ray DL 8 cm 15,58 GB (14,51 GiB) 1 2 BD SL 12 cm 25,02 GB (23,31 GiB) 1 1 BD DL 12 cm 50,05 GB (46,61 GiB) 1 2 BDXL 100GB 12 cm 100,10 GB (93,23 GiB) 1 3 BDXL 128 GB 12 cm 128,00 GB (119,21 GiB) 1 4

36 Mídias As mídias Blu-Ray estão disponíveis em três tipos: BD-ROM: Mídias que vêm gravadas de fábrica, como software e filmes. BD-R: Mídias que vêm virgens e podem ser gravadas pelo usuário, mas que não podem ser apagadas e regravadas. BD-RE: Mídias que vêm virgens e podem ser gravadas, apagadas e regravadas pelo usuário, sendo o equivalente às mídias CD-RW, DVD-RW e DVD+RW.

37 Interface de Comunicação As interfaces de comunicação que já existiram para a conexão de unidades ópticas ao computador incluem: SCSI PATA SATA Porta Paralela Porta USB

38 Características Técnicas A seguir listamos as principais características técnicas que você deve saber ao comparar unidades ópticas e/ou decidir qual unidade óptica comprar.

39 Tamanho Físico Unidades ópticas internas para computadores de mesa são disponíveis no formato de 5,25 polegadas. Unidades ópticas originalmente desenvolvidas para computadores portáteis, chamadas slim, são mais finas, e alguns gabinetes compactos só aceitam a instalação deste tipo de unidade.

40 Mídias Suportadas Você deve selecionar uma unidade de acordo com as mídias que você pretende ler e gravar.

41 Velocidade Unidades são vendidas de acordo com as velocidades de leitura e gravação suportadas e é muito comum hoje em dia haver uma velocidade diferente para cada tipo de mídia.

42 Interface Atualmente, a interface mais comum para unidades ópticas é a SATA. Também encontramos adaptadores do tipo USB.

43 Descobrindo Marca e Modelo Muitas vezes você precisará saber a marca e o modelo de uma unidade óptica, por exemplo, para verificar quais são os tipos de mídia e recursos suportados. Uma das maneiras de se descobrir o fabricante de uma unidade óptica é através de seu código FCC. Esse código vem estampado em uma etiqueta colada sobre a unidade e começa por FCC ID. De posse do número FCC da unidade, vá até a página e entre esse número. O sistema retornará o fabricante da unidade. Note que essa dica funciona para descobrir o fabricante de qualquer tipo de componente que tenha um código do tipo FCC ID.

44 Memórias USB (Pen Drives) As memórias USB, mais conhecidas no Brasil como pen drives, são dispositivos de armazenamento baseados em memória flash, conectados ao computador através de uma porta USB. Elas são removíveis, significando que você pode facilmente transportá-las de um local para outro. Como são mais compactas e mais rápidas que outras mídias de armazenamento removível, atualmente as memórias USB são o tipo mais comum de unidade de armazenamento removível. Essas unidades estão disponíveis nos mais diferentes formatos físicos e com as mais diferentes capacidades.

45 Memórias USB (Pen Drives) Ao serem instaladas no computador, elas são reconhecidas como uma unidade tal como um disco rígido, um SSD ou uma unidade óptica, onde você pode ler e gravar arquivos. Internamente, memórias USB são formadas de basicamente dois componentes: um chip controlador e um ou mais chips de memória flash NAND. Pen drives funcionam tal qual SSDs, apresentando o mesmo problema de vida útil. Tudo o que falamos sobre SSDs também é válido para memórias USB. Você pode inclusive considerar memórias USB como se fossem SSDs de bolso.

46 Memórias USB (Pen Drives) O desempenho de memórias USB varia enormemente, e depende dos chips e da versão do barramento USB usados. É sempre importante lembrar que a largura de banda do barramento USB normalmente não é atingida, especialmente com dispositivos mais baratos. Por exemplo, só porque um pen drive é USB 3.0 isso não significa que ele atingirá a largura de banda máxima deste barramento (5 Gbps ou 500 MB/s). Alguns pen drives mais sofisticados usam um chip controlador com capacidade de criptografia, criptografando os dados gravados dentro da memória e, dessa forma, impedindo que pessoas que desconheçam a senha usada para criptografar os dados tenham acesso aos mesmos.

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48 Memórias USB (Pen Drives) Há também memórias USB ainda mais sofisticadas que trazem um leitor de impressões digitais incorporado, permitindo que apenas o dono da memória possa ter acesso ao conteúdo da mesma. É importante notar que há memórias USB mais baratas que prometem proteger o acesso à memória com o uso de uma senha ou com o uso de um leitor de impressões digitais, mas não criptografam os dados. Com isso, qualquer usuário com um pouco mais de conhecimento técnico pode facilmente burlar o pedido de senha e ter acesso aos dados. Este tipo de solução, portanto, não é confiável.

49 Curiosidades