Disco Rígido

Disco Rígido Prof. Paulo Barros

Definição •

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Disco Rígido, Rígido, popularmente chamado também de HD (derivação de HDD do inglês hard disk drive) ou winchester  (termo  (termo em desuso), "memória "memória de massa"" ou ainda de "memória massa "memória secundária" secundária" é a parte do computador computador onde  onde são armazen a rmazenados ados os dados. O disco rígido é uma memória não-volátil, não-volátil, ou seja, as informações não são perdidas quando o computador computad or é desligado desligado,, sendo considerado o principal meio de armazenamento de dados em massa.

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Por ser uma memória não-volátil, é um sistema necessário para para se ter um meio de armazenar  programas e arquivos contendo dados. Nos sistemas operacionais mais recentes, ele é também utilizado para expandir a memória RAM, RAM, através da gestão de memória virtual. virtual. Existem vários tipos de interfaces para discos  AT TA, Serial ATA, SCSI, Fibre rígidos diferentes: IDE / A channel , SAS.

Histórico

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O primeiro disco rígido foi construído pela IBM IBM em  em 1956 1956,, e foi lançado em 16 de Setembro de Setembro de 1957 1957..

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Era formado por 50 discos magnéticos contendo 50.000 setores, sendo que cada um suportava 100 caracteres alfanuméricos, totalizando uma capacidade de 5 megabytes, incrível para a época. Este primeiro disco rígido foi chamado de 305 RAMAC (Random  Access Method of Accounting and Control) e tinha dimensões de 152,4 centímetros de comprimento, 172,72 centímetros de largura e 73,66 centímetros de altura.

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IBM 305 RAMAC foi um computador comercial desenvolvido pela IBM em 1956 e foi o primeiro que utilizou uma unidade de disco magnético com uma cabeça de leitura móvel.

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Em 1973 a IBM lançou o modelo 3340 Winchester , com capacidade de armazenamento de 30 megabytes e tempo de acesso de 30 milissegundos.

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Assim criou-se o termo 30/30 Winchester  (uma referência à espingarda Winchester  30/30), termo muito usado antigamente para designar HDs de qualquer espécie.

Formatação do disco •

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A formatação de um disco magnético é realizada para que o sistema operacional seja capaz de gravar e ler dados no disco, criando assim estruturas que permitam gravar os dados de maneira organizada e recuperá-los mais tarde. Existem dois tipos de formatação, chamados de formatação física e formatação lógica. A formatação física é feita na fábrica ao final do processo de fabricação, que consiste em dividir o disco virgem em trilhas, setores e cilindros.

Padrões IDE SCSI SATA

Padrão IDE •

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O termo IDE  (Integrated Drive Electronics – Unidade Eletrônica Integrada) refere-se não somente à definição do conector e interface, mas também ao fato do controlador estar integrado no drive, e não na placa-mãe. Os primeiros HDs e interfaces IDE chegaram ao mercado em 1986, , desenvolvidos pela Quantum e a Western Digital . Em 1990 o padrão foi ratificado pela ANSI , dando origem ao padrão ATA ( Advanced Technology Attachment – Acessório de Tecnologia Avançada). Como o nome "IDE " já estava mais difundido, muita gente continuou usando o termo "IDE “. Com o advento do padrão SATA, o padrão ATA foi rebatizado de PATA (Parallel ATA – ATA Paralelo). Portanto ATA, PATA e IDE  são SINÔNIMOS.

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O padrão ATA / IDE é usado para interligar dispositivos de armazenamento, como discos rígidos e drives de CD-ROMs, no interior de computadores pessoais. Para a comunicação entre o dispositivo de armazenamento e a placa-mãe, usa-se cabo flat ( flat cable) de 40 vias com apenas um conector para o dispositivo de armazenamento e outro que se conecta à placa mãe.

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Depois de algum tempo veio o padrão EIDE  (Enhanced IDE  – IDE Melhorado), também conhecido como ATA-2. A diferença é que o flat cable agora possui mais um conector . Com isso, passou a ser possível conectar dois dispositivos à placamãe. Caso fossem conectados dois HD´s, um deveria ser configurado como Master  e outro como Slave.

HD Slave

HD Master

Placa-mãe

Cabo Flat e Campo Eletromagnérico •

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Cabo com 40 vias paralelas responsável pelo tráfego de bits. Ou seja, no cabo flat a transmissão de bits é PARALELA. Daí os cabos flat IDE / ATA também serem denominados PATA (Parallel ATA), conforme já vimos. Sabemos que a corrente elétrica gera um campo eletromagnético em seu condutor. Esse campo eletromagnético pode causar interferências nos condutores vizinhos. Cada via de um cabo flat é um condutor, pois os mesmos conduzem pulsos elétricos que representam os bits. Cada via, portanto, ao conduzirem tais pulsos elétricos, geram um campo eletromagnético ao redor e interferir nas vias adjacentes, bem como sofrer interferências das mesmas.

Cabos flat 40 e 80 vias •

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Os primeiros cabos flats fabricados foram os de 40 vias. Com o passar do tempo, as taxas de transferências dos bits foram aumentando. Ora, com o aumento do tráfego de bits por segundo (bps), aumentou-se a intensidade do campo eletromagnético em cada via do cabo flat e com isso a interferência entre as vias adjacentes. Havia a necessidade de algo que atenuasse tais interferências entre as vias. Surgiu então o cabo flat de 80 vias.

DEFINIÇÃO DO MASTER E SLAVE

Padrão SCSI •

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SCSI (Small Computer System Interface), é uma tecnologia que permite ao usuário conectar uma larga gama de pariféricos, tais como discos rígidos, unidades de CD-ROM, impressoras e scanners. Era um padrão concorrente do padrão IDE. Era mais utilizado em servidores e computadores de alta performance. SCSI é mais comumente usado em discos rígidos e unidades de fita, mas também pode ser conectado em uma grande gama de dispositivos, incluindo scanners e drivers de CD. O cabo pode ser de 50, 68 ou de 80 vias.

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Alguns exemplos: •

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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 Wide SCSI (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 e taxa de transferência de 320 MB/s).

Padrão SATA •

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Serial ATA, SATA ou S-ATA (Serial AT Attachment ) é uma tecnologia de transferência de dados em série entre um computador e dispositivos de armazenamento em massa como unidades de disco rígido e drives ópticos. É o sucessor da tecnologia ATA , também conhecido como IDE ou Integrated Drive Electronics) que foi renomeada para PATA (Parallel ATA) para se diferenciar de SATA. Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, o que resulta num cabo enorme, os discos rígidos SATA transferem os dados em série.

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As principais vantagens sobre a tradicional interface paralela é que o SATA, com a estratégia de transmissão serial , possui maior rapidez na transferência de dados, possibilidade de remover ou acrescentar dispositivos do tipo hot-swap e utilização de cabos mais finos que permitem o resfriamento de ar de forma mais eficiente.

Obs: Hot-swap: trocar o HD sem desligar a máquina. Usa-se em servidores que não podem ser desligados.

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Os cabos Serial ATA são formados por dois pares de fios (um par para transmissão e outro par para recepção) usando transmissão diferencial, e mais três fios terra, totalizando 7 fios, o que permite usar cabos com menor diâmetro que não interferem na ventilação do gabinete. Abaixo os conectores de energia na esquerda (15 pinos) e dados na direita (7 pinos) de um HD SATA.

Componentes do HD

Componentes do HD

Componentes do HD Discos: •

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Os discos são onde os dados são armazenados. São feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto por um material magnético (óxido de ferro) e por uma camada de material protetor. Quanto mais trabalhado for o material magnético (ou seja, quanto mais denso), maior é a capacidade de armazenamento do disco. Os HDs com grande capacidade contam com mais de um prato, um sobre o outro. Eles ficam posicionados sob um motor responsável por fazê-los girar.

Componentes do HD Cabeça e braço: •

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Cabeça: Para ler e gravar dados no disco. São presas a um braço móvel, que permite seu acesso a todo o disco. Contém uma bobina que utiliza impulsos magnéticos para manipular as moléculas da superfície do disco, e assim gravar dados. Os HDs atuais possuem de 1 a 4 discos. Como são utilizadas ambas as faces de cada disco, temos um total de 2 a 8 faces e o mesmo número de cabeças de leitura. Olhando por cima, tem-se a impressão de que a cabeça de leitura e gravação toca nos discos, mas isso não ocorre. Na verdade, a distância entre ambos é extremamente pequena. A "comunicação" ocorre pelos já citados impulsos magnéticos;

Componentes do HD

Componentes do HD Atuador: Também chamado de voice coil . •

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É o responsável por mover o braço sob a superfície dos pratos, e assim permitir que as cabeças façam o seu trabalho. Para que a movimentação ocorra, o atuador contém em seu interior uma bobina que é "induzida" por imãs. O trabalho entre esses componentes precisa ser bem feito. O simples fato da cabeça de leitura e gravação encostar na superfície de um prato é suficiente para causar danos a ambos. Isso pode facilmente ocorrer em caso de quedas, por exemplo.

Componentes do HD •

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A superfície de gravação dos pratos é composta de materiais sensíveis ao magnetismo (geralmente, óxido de ferro). O cabeçote de leitura e gravação manipula as moléculas desse material através de seus pólos. Para isso, a polaridade das cabeças muda numa frequência muito alta: quando está positiva, atrai o pólo negativo das moléculas e vice-versa. De acordo com essa polaridade é que são gravados os bits (0 e 1).

Como os dados são gravados e lidos •

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Os discos magnéticos de um disco rígido são recobertos por uma camada magnética extremamente fina de óxido de  ferro. A cabeça de leitura e gravação de um disco rígido funciona como um eletroímã semelhante aos que estudamos nas aulas de ciências e física do colegial, sendo composta de uma bobina de fios que envolve um núcleo de ferro. A diferença é que, num disco rígido, este eletroímã é extremamente pequeno e preciso, a ponto de ser capaz de gravar trilhas medindo menos de um centésimo de milímetro de largura.

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Quando estão sendo gravados dados no disco, a cabeça utiliza seu campo magnético para organizar as moléculas de óxido de ferro da superfície de gravação fazendo com que os polos positivos das moléculas fiquem alinhados com o polo negativo da cabeça e, consequentemente, com que os polos negativos das moléculas fiquem alinhados com o polo positivo da cabeça.

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Usamos, neste caso, a velha lei "os opostos se atraem". Como a cabeça de leitura e gravação do HD é um eletroímã, sua polaridade pode ser alternada constantemente. Com o disco girando continuamente, variando a polaridade da cabeça de gravação, variamos também a direção dos pólos positivos e negativos das moléculas da superfície magnética. De acordo com a direção dos pólos, temos um bit 1 ou 0 (sistema binário).

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Para gravar as sequências de bits 1 e 0 que formam os dados, a polaridade da cabeça magnética é mudada alguns milhões de vezes por segundo, sempre seguindo ciclos bem determinados. Quando é preciso ler os dados gravados, a cabeça de leitura capta o campo magnético gerado pelas moléculas alinhadas. A variação entre os sinais magnéticos positivos e negativos gera uma pequena corrente elétrica que caminha através dos fios da bobina. Quando o sinal chega à placa lógica do HD, ele é interpretado como uma sequência de bits 1 e 0.

Geometria do Disco •

Para que o disco rígido possa ser usado, é necessário prepará-lo para receber dados. Isso é feito através de um processo conhecido como formatação.

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Há dois tipos de formatação:

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Formatação física

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Formatação lógica

Formatação Física •

É realizada na fábrica.

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Divide o disco em trilhas e setores

Trilhas •

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São círculos concêntricos em relação ao eixo do disco. Semelhantes às antigas faixas de vinil

É O NOVO!!!

Trilhas

Obs: As trilhas são numeradas de dentro pra fora. Por exemplo: A trilha Zero é a que se encontra mais próxima do eixo do disco

Setores •

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Divisões das trilhas. Cada setor possui capacidade para 512 KB

Cilindro •

O cilindro  é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus respectivos discos.

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EXEMPLO:

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Imagine que é necessário ler a trilha 42 do lado superior do disco 1.

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O braço movimentará a cabeça até essa trilha, mas fará com que as demais se posicionem de forma igual. Isso ocorre porque o braço se movimenta de uma só vez, isto é, ele não é capaz de mover uma cabeça para uma trilha e uma segunda cabeça para outra trilha. Isso significa que, quando a cabeça é direcionada à trilha 42 do lado superior do disco 1, todas as demais cabeças ficam posicionadas sob a mesma trilha, só que em seus respectivos discos. Quando isso ocorre, damos o nome de cilindro. O cilindro é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus respectivos discos.

Cilindro

MBR •

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Master Boot Record - Registro de Inicialização Mestre É o primeiro setor da primeira trilha da primeira face do primeiro disco

Pra que serve?!!!

MBR •

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Possui as informações necessárias para que o Sistema Operacional seja carregado. Por exemplo: A BIOS é a responsável por carregar o Sistema Operacional na Memória RAM O MBR é lido pela BIOS, que interpreta a informação e em seguida ocorre o chamado Bootstrap ou simplesmente Boot , que é exatamente o carregamento do Sistema Operacional na RAM Alguns vírus (chamados vírus de boot ) se instalam exatamente na MBR e impedem o Sistema Operacional de ser localizado pela Bios

Formatação Lógica •

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Divide o disco em partições lógicas e define qual Sistema de Arquivos será usado. O Sistema de Arquivos é o modo de como o Sistema Operacional vai organizar os arquivos no HD. São criados os Clusters, que é o agrupamento de setores, ou seja, quantos setores serão usados para se gravar um arquivo.

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Pode ser feito por qualquer pessoa.

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Pode ser feito várias vezes.