5.1 - Armazenamento em Disco

Transcrição

1 CEFET-RS Curso de Eletrônica Armazenamento em Disco Aspectos Físicos F e Elétricos Profs. Roberta Nobre & Sandro Silva robertacnobre@gmail.com e sandro@cefetrs.tche.br Unidade

2 Armazenamento de Dados Meios Magnéticos: cada bit é definido pelo campo magnético detectado em um cabeçote, segundo a orientação do campo (polaridade); Meios Óticos: cada bit é definido pelo reflexão da luz, detectado em um sensor ótico (existência do feixe refletido); Meios Óticos/Magnéticos: gravação magnética/ótica e leitura ótica; Unidade

3 Armazenamento de Dados Discos Magnéticos: cada disco, possui duas camadas. Primeira: chamada de substrato, normalmente feita de alumínio (HD) ou um polímero (FD). Serve de base para a camada magnética. Segunda: material magnético colocado dos dois lados do disco sobre o substrato. Unidade

4 Armazenamento de Dados Eixo de rotação Posicionador da Cabeça Meio físico (disco) Cabeça de leitura e/ou gravação Unidade

5 Meios Magnéticos motor Eixo disco Superfície magnétizável Cabeçote de leitura e gravação (eletroímã de precisão) Unidade Disco rígido: metal (alumínio) ou vidro Disco flexível: polímero (plástico)

6 Motores Motor CC: responsável por manter a rotação do disco constante. Fator, também responsável pelo desempenho do HD, quanto maior a rotação maior o desempenho do disco. Rotações mais comuns: rpm rpm rpm Unidade

7 Motores Acionador responsável pelo posicionamento da cabeça de leitura e gravação sobre a superfície do disco. Motor de passo: Requer um passo para mudança de cilindro; É lento para discos com muitos cilindros; O diâmetro do disco e o comprimento do braço pode variam com a temperatura; Voice Coil: Requer informações escritas no disco para permitir posicionamento preciso. Cunha (wedge): a informação é gravada uma vez a cada trilha; Embutido (embedded): a informação é gravada antes de cada setor. (utiliza número par de cabeças); Dedicado (dedicated): a informação é gravada em uma das superfícies do disco. (utiliza número ímpar de cabeças); Unidade

8 Discos Magnéticos Unidade

9 Diâmetro dos discos Nos discos magnéticos determina o tamanho físico do disco rígido. 3.5 Polegadas (mais comuns) 5.25 Polegadas (mais antigos Big Foot) 2.5 Polegadas (notebooks) Unidade

10 Cabeça Magnética Quando os discos giram, em alta rotação, formam um colchão de ar, repelindo a cabeça de leitura/gravação, a qual fica a alguns mícrons (µm) de distância do disco. Quando o HD está desligado, as cabeças de leitura/gravação ficam numa posição de descanso (Parking Zone), longe da área de dados do disco magnético. Elas só saem dessa posição quando os discos já estiverem girando à velocidade máxima. Unidade

11 Discos Magnéticos Trilhas: círculos concêntricos Limites: PATA: BIOS: 1024 Unidade

12 Discos Magnéticos Setores: porções de cada trilha Limites: PATA: 255 BIOS: 63 Um setor: 512 bytes Unidade

13 Discos Magnéticos HD com 2 discos internos (exemplo): Possui 4 faces e uma cabeça para cada face, as faces são totalmente isoladas. Apesar de termos mais de uma cabeça, elas não se movimentam independentemente, estão todas presas a mesma peça. Por isso quando uma cabeça estiver na trilha 5 de uma face, por exemplo, todas as outras cabeças também estarão na trilha 5 das outras faces. Constituindo assim o conceito de cilindro. Unidade

14 Discos Magnéticos A quantidade de discos define a quantidade de cabeças; Limites: PATA: 16 BIOS: 255 cilindros discos Unidade

15 Capacidade dos Discos Magnéticos Cálculo da capacidade de um disco: Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor Tamanho do setor = normalmente 512 bytes Número de cilindros Número de setores/trilha Número de cabeças Capacidade 360KB 1,2MB 1,44MB 2,88MB 1,2GB 1,51GB Unidade

16 Capacidade dos Discos Magnéticos Número de cilindros Número de setores/trilha Número de cabeças Capacidade 360KB 1,2MB 1,44MB 2,88MB 1,2GB 1,51GB Disquetes Disco Rígido Unidade

17 Discos Magnéticos Zoned Bit Recording (ZBR) ou Multiple Zone Recording (MZR) Nos discos antigos o mesmo número de setores para todas as trilhas independente do diâmetro, agora quanto maior a trilha, maior a quantidade de setores (ZBR). Unidade

18 Discos Magnéticos Cálculo da capacidade de um disco: Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor Tamanho do setor = normalmente 512 bytes BIOS PATA DOS Número máximo de cilindros Número máximo de setores/trilha Número máximo de cabeças Limite máximo Unidade

19 Limitação de 504Mbyte Cálculo da capacidade de um disco: Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor Tamanho do setor = normalmente 512 bytes BIOS PATA DOS Número máximo de cilindros Número máximo de setores/trilha Número máximo de cabeças Limite máximo Capacidade: 504MB Unidade

20 Limitação de 504Mbyte ocorre devido: limitação no endereçamento de cilindros (10 bits) no BIOS; limitação no endereçamento de setores na trilha (6 bits) no BIOS; limitação no endereçamento de cabeças (4 bits) no padrão ATA; Controladora IDE BIOS S.O. disco Unidade

21 Limitação de 504Mbyte ocorre devido: limitação no endereçamento do cilindros (10 bits) no BIOS; limitação no endereçamento do setores na trilha (6 bits) no BIOS; limitação no endereçamento da cabeça (4 bits) no padrão ATA; Controladora IDE Driver do fabricante BIOS S.O. disco X1 Y1 conversão Z1 Unidade X Y Z

22 Limitação de 504Mbyte ocorre devido: limitação no endereçamento do cilindros (10 bits) no BIOS; limitação no endereçamento do setores na trilha (6 bits) no BIOS; limitação no endereçamento da cabeça (4 bits) no padrão ATA; Solução: 1- Software fornecido pelo fabricante que deve ser executado quando da instalação do HD. O software é executado toda vez que o computador é inicializado e realiza o gerenciamento entre endereçamento lógico (realizado pela BIOS) e endereçamento real (que ocorre no HD); 2- Disk Manager: software genérico que realiza o gerenciamento entre endereçamento lógico e endereçamento real; 3- Atualização da BIOS: criação do modo LBA, onde o BIOS realiza o gerenciamento do disco por blocos lógicos, eliminando as limitações por quantidade de bits no endereçamento. Unidade

23 Limitação de 8Gbyte Cálculo da capacidade de um disco: Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor Tamanho do setor = normalmente 512 bytes BIOS PATA DOS Número máximo de cilindros Número máximo de setores/trilha Número máximo de cabeças Limite máximo 8GB Capacidade: 8GB Unidade

24 Limitação de 8Gbyte ocorre devido: ter sido alcançado os limites máximos de todas as características do BIOS (cilindros, setores por trilha e cabeças). 1024*63*255*512 = bytes = KB = 8.032,5 MB = 7,8 GB Solução: 1 - Particionar o HD em unidades lógicas de até 7,8GB; 2 - Atualização da BIOS: aumentar a quantidade de bits em cada variável cilindro, setores por trilha e cabeças. Unidade

25 Limitação de 127Gbyte Cálculo da capacidade de um disco: Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor Tamanho do setor = normalmente 512 bytes BIOS PATA DOS Número máximo de cilindros Número máximo de setores/trilha Número máximo de cabeças Limite máximo 127,5GB Capacidade: 127GB Unidade

26 Limitação de 127Gbyte ocorre devido: ter sido alcançado os limites máximos de todas as características do padrão ATA (cilindros, setores por trilha e cabeças) *255*16*512 = bytes = KB = MB = 127,5 GB Solução: 1 Upgrade do padrão: ATA-6 incrementa a quantidade de bits do endereçamento no modo LBA para 48 bits 2 Troca do padrão: criação do padrão SATA. Unidade

27 Capacidade dos Discos Magnéticos Número de cilindros Número de setores/trilha Número de cabeças Capacidade 360KB 1,2MB 1,44MB 2,88MB 1,2GB 1,51GB Padrão do BIOS 1024 cilindros? Padrão PATA 16 cabeças? Unidade

28 Capacidade dos Discos Magnéticos Controladora do disco BIOS S.O. disco Unidade

29 Controladora do disco Funções da controladora dos disco: Movimentação das cabeças Velocidade de rotação do disco Leitura e gravação de dados Envio e recebimento de dados através da porta IDE. Unidade

30 Armazenamento Magnético Domínios Magnéticos S S N S N N S S N S N N S N S S Forma de onda de escrita Forma de onda de leitura Unidade

31 Armazenamento Magnético Tipos de codificação: FM (Frequency Modulation): utilizada até o fim da década de 70; representação: transição de relógio + transição de dado; bit 1: duas transições (TT); bit 0: transição + não transição (TN); MFM (Modified Frequency Modulation): dobra a capacidade de armazenamento; representação: transição de relógio + transição de dado; bit 1: não transição + transição (NT); bit 0 precedido de 0: TN; bit 0 precedido de 1: NN; RLL (Run Length Limited): utilizado atualmente; capacidade 50% maior que MFM (3x FM); Unidade

32 Controladoras de disco rígido ST-506 e ST-412 Seagate (1º HD para PC ST506 de 5MB) acionadora + placa controladora desempenho: 625KB/s (MFM), 984KB/s (RLL), 1200KB/s (ARLL) ESDI baseadas na ST-412 com parte lógica na acionadora capacidade máx: 1GB desempenho: 3MB/s codificação: RLL e ARLL SCSI controladora integrada no acionador de disco desempenho: 4MB/s (SCSI-1), 20MB/s (SCSI-2), 160MB/s (SCSI-3) permitem operação simultânea de vários dispositivos Unidade

33 Controladoras de disco rígido IDE Integrated Drive Electronics controladora integrada no acionador de disco gerenciamento da geometria independente da BIOS especificação ATA (AT attachment) define forma de comunicação com o processador desempenho: 4MB/s (ATA), 16MB/s (ATA-2), 22MB/s (ATA-3), 33MB/s(ATA-4), 66MB/s(ATA-5), 100MB/s(ATA-6), 133MB/s(ATA-7) IDE SATA Serial ATA cabo de comunicação com 4 vias blindadas hot-swap ou hot-plug desempenho: 150MB/s(SATA-I), 300MB/s(SATA-II), 600MB/s(SATA-III) Unidade