Universidade Tuiuti do Paraná UTP Faculdade de Ciências Exatas - FACET Tecnologia de Análise e Desenvolvimento de Sistemas Hardware de Computadores 1
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.
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.
IBM 350
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 3340. 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.
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.
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.
O motor de rotação é responsável por manter uma rotação constante. A velocidade da rotação é medida por RPM (Rotações por minuto) RPM 3.600 4.200 5.400 7.200 10.000 15.000
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.
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.
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".
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.
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.
Organização - Números típicos (dependem do tamanho do disco): 1) Na década de 80 300 trilhas por polegada; 2) Nos dias atuais 145.000 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
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 primarias, partições estendidas, partições logicas e sistemas de arquivos.
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
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
A comunicação do computador Modo PIO com o HD IDE/ATA é feita por um circuito conhecido como PIO (Programmed I/O). A taxa de transferência de dados do disco Taxa de transferência Modo 1 5,2 MB/s Modo 2 8,3 MB/s Modo 3 11,1 MB/s Modo 4 16,6 MB/s Modo 5 22 MB/s rígido para o computador depende do modo PIO utilizado. Discos ATA/133 (Ultra-7) chegaram a 133 MB/s
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.
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).
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.
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.
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).
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?
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.
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.
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.
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.
Componentes Físicos de um HD IDE Cabo plano do acionamento do motor do disco
conjunto disco/cabeças de leitura
Bobina de acionamento do motor linear do conjunto de braços de leitura
Imã dentro do qual a bobina se movimenta
Braço das cabeças de leitura
Cabeça de leitura
Hard Hard Disk Disco Rígido (HD) Disk Disco Rígido (HD)
Hard Hard Disk Disco Rígido (HD) Disk Disco Rígido (HD)