Hardware de Computadores
Disco Rígido – Hard Disk (HD)
Parte I
Introdução:
O disco rígido ou HD (Hard Disk), é o dispositivo de armazenamento
de dados mais usado nos computadores. Nele, é possível guardar não só seus
arquivos como também todos os dados do seu sistema operacional, sem o qual
você não conseguiria utilizar o computador.
A Toshiba anunciou, em Tóquio, ter desenvolvido
um novo modelo de disco rígido com dimensões de
1,8 polegadas e capacidade de 100GB.
Segundo o fabricante, este disco representa um
aumento de 20% na capacidade de armazenamento
de dispositivos do tipo, já que a própria Toshiba só
produz discos com estas dimensões com capacidades
de até 80GB.
A empresa acredita que a dimensão diminuta do
disco vai atrair fabricantes de leitores de MP3,
smartphones e até computadores portáteis. A Toshiba
não divulgou preço para este componente.
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Disco Rígido – Hard Disk (HD)
Introdução:
O disco rígido não é um dispositivo novo, mas sim uma tecnologia
que evoluiu com o passar do tempo. Um dos primeiros HDs que se tem notícia
é o IBM 305 RAMAC. Disponibilizado no ano de 1956, era capaz de armazenar
até 5 MB de dados (um avanço para a época) e possuía dimensões enormes: 14
x 8 polegadas. Seu preço também não era nada convidativo: o 305 RAMAC
custava cerca de 30 mil dólares.
Com o passar dos anos, os HDs foram aumentando sua capacidade
de armazenamento, ao mesmo tempo em que se tornaram menores, mais
baratos e mais confiáveis. Apenas para ilustrar o quão "gigante" eram os
primeiros modelos, a foto mostra um disco rígido utilizado pelo Metrô de São
Paulo em seus primeiros anos. O dispositivo está em exposição no Centro de
Controle Operacional da empresa:
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Disco Rígido – Hard Disk (HD)
Constituição:
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Constituição:
A placa lógica contém chips responsáveis por diversas tarefas. O
mais comum é conhecido como controladora, pois gerencia uma série de
itens do HD, como a movimentação dos discos e das cabeças de
leitura/gravação, o envio e recebimento de dados entre os discos e o
computador, e até rotinas de segurança.
Outro dispositivo comum à placa lógica é um pequeno chip de
memória conhecido como buffer (cache). Cabe a ele a tarefa de armazenar
pequenas quantidades de dados durante a comunicação com o computador.
Como esse chip consegue lidar com os dados de maneira mais rápida que os
discos rígidos, ele agiliza o processo de transferência de informações.
Procure no site: http://www.samsung.com/br/products/hdd/ e
descubra o tamanho do buffer do disco rígido HD080HJ.
Volta identificação HD
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Constituição:
Pratos e motor: Os pratos são os discos onde os dados são
armazenados. Eles são feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto
por um material magnético 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. Note que 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. Para o
mercado de PCs, é comum encontrar HDs que giram a 7.200 rpm (rotações
por minuto), mas também há modelos que alcançam a taxa de 10 mil
rotações, tudo depende da evolução da tecnologia. Até pouco tempo atrás, o
padrão do mercado era composto por discos rígidos que giram a 5.400 rpm.
Claro que, quanto mais rápido, melhor.
Volta identificação HD
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Constituição:
Cabeça e braço: os HDs contam com um dispositivo muito pequeno
chamado cabeça (ou cabeçote) de leitura e gravação. Trata-se de um item de
tamanho reduzido que contém uma bobina que utiliza impulsos magnéticos para
manipular as moléculas da superfície do disco, e assim gravar dados. Há uma
cabeça para cada lado dos discos. Esse item é localizado na ponta de um
dispositivo denominado braço, que tem a função de posicionar os cabeçotes sob
a superfície dos pratos. 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;
Volta identificação HD
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Constituição:
Atuador: também chamado de voice coil, o atuador 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
Atuador
contém em seu interior uma bobina que é "induzida" por imãs.
Note que 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.
Volta identificação HD
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Constituição:
Eixo: Feito de alumínio devendo ser sólido o suficiente para evitar
qualquer vibração dos discos, mesmo em altas rotações. Este é mais um
componente que passa por um processo de polimento, já que os discos
devem ficar perfeitamente presos e alinhados. No caso de HDs com vários
discos, eles são separados usando espaçadores feitos de ligas de alumínio.
Motor de rotação: Responsável por manter uma rotação constante,
sendo um dos maiores responsáveis pela durabilidade e desempenho do
disco rígido, pois uma grande parte das falhas graves provém justamente do
motor. Hoje são comuns motores com rotação de 5.400 (notebook), 7.200 ou
10.000 RPM.
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Constituição:
Heads e arms: Cabeças de leitura eletromagnéticas e braços de
sustentação móvel, respectivamente, permitindo o acesso a todo o disco os quais
são movimentados pelo atuador. Este conjunto apesar de ficar muito perto da
superfície do disco, não o toca, pois forma-se um colchão de ar que os afasta.
Salientamos que os HDs não são “construídos a vácuo”, pois desta forma não
teríamos tal efeito.
As cabeças ficam “estacionadas” eu uma posição central preparada
denominada de landing zone (tecnologia chamada de Auto parking) quando o
HD não esta efetuando leituras ou desligado e só saem desta posição no
momento em que o disco gira na velocidade nominal.
É justamente por isso que às vezes, ao sofrer um pico de tensão, ou o
micro ser desligado enquanto o HD é acessado, acabam surgindo setores
defeituosos. Ao ser cortada a energia, os discos param de girar e é desfeito o
colchão de ar, fazendo com que as cabeças de leitura possam vir a tocar os discos
magnéticos.
Volta identificação HD
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Durabilidade:
Mesmo assim, por melhores que sejam as condições de trabalho, o
HD continua sendo um dispositivo baseado em componentes mecânicos, que
tem uma vida útil muito mais curta que a de outros componentes do micro.
De uma forma geral, os HDs para desktop funcionam de forma
confiável por de dois a três anos (num PC usado continuamente). Depois
disso, é melhor substituir o HD por um novo e mover o antigo para outro
micro que não armazena informações importantes, pois a possibilidade de
defeitos começa a crescer exponencialmente.
Características de avaliação da confiabilidade: MTBF, Error Rate,
Annualized Failure Rate (AFR).
Pesquise sobre MTBF em: http://pt.wikipedia.org/wiki/MTBF
Acesse o site http://www.seagate.com/www/en-us/products/ e
descubra qual a característica relacionada ao HD Seagate ST380215A
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Capacidade:
A capacidade de um HD é determinada por basicamente dois fatores:
a tecnologia utilizada, que determina sua densidade e o diâmetro dos discos,
que determina a área útil de gravação.
A densidade de gravação dos HDs tem aumentado de forma
surpreendente, com a introdução de sucessivas novas técnicas de fabricação.
Para você ter uma idéia, no IBM 350 os discos eram simplesmente
pintados usando uma tinta especial contendo limalha de ferro, um processo
bastante primitivo.
Com o passar do tempo, passou a ser usado o processo de
eletroplating, que é semelhante à eletrólise usada para banhar bijuterias à ouro.
Esta técnica não permite uma superfície muito uniforme e justamente por isso só
funciona em discos de baixa densidade. Ela foi usada até o final da década de 80.
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Capacidade:
A técnica usada atualmente (chamada de sputtering) é muito mais
precisa. Nela a superfície magnética é construída depositando grãos
microscópicos de forma incrivelmente uniforme. Quanto menores os grãos, mais
fina e sensível é a superfície, permitindo densidades de gravação mais altas.
A densidade de gravação de um HD é medida em gigabits por polegada
quadrada. Os HDs fabricados na segunda metade de 2006, por exemplo,
utilizavam em sua maioria discos com densidade de 100 gigabits (ou 12.5 GB) por
polegada quadrada. Neles, cada bit é armazenado numa área magnética com
aproximadamente 200x50 nanômetros (uma área pouco maior que a de um
transístor nos processadores fabricados numa técnica de 0.09 micron), e é
composta por apenas algumas centenas de grãos magnéticos. Estes grãos medem
apenas alguns nanômetros e são compostos por ligas de cobalto, cromo, platina,
boro e outros materiais raros, muito longe da limalha de ferro utilizada pelos
pioneiros.
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Capacidade:
Considerando que os discos giram a 7200 RPM e a cabeça de leitura lê
os dados a mais de 50 MB/s (quando lendo setores seqüenciais), atingir
densidades como as atuais é simplesmente impressionante.
Escrita / leitura:
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Escrita / leitura:
Como podemos ver, a cabeça é composta por dois dispositivos
separados, um para gravação e outro para leitura. O dispositivo de gravação é
similar a um eletroímã, onde é usada eletricidade para criar o capo magnético
usado para realizar a gravação.
Nos HDs atuais, os materiais usados são diferentes, mas o princípio de
funcionamento continua o mesmo.
O dispositivo de leitura, por sua vez, faz o processo oposto. Quando ele
passa sobre os bits gravados, capta o campo magnético emitido por eles, através
de um processo de indução (no HDs antigos) ou resistência (nos atuais),
resultando em uma fraca corrente, que é posteriormente amplificada.
O dispositivo de gravação é protegido por um escudo eletromagnético,
que faz com que ele capte apenas o campo magnético do bit que está sendo lido,
e não dos seguintes. Você pode notar que não existe isolamento entre os
dispositivos de leitura e gravação. Isso acontece por que apenas um deles é usado
de cada vez.
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Escrita / leitura:
O grande problema é que, assim como em outras áreas da informática,
a tecnologia avançou até o ponto em que se começou a atingir os limites físicos
da matéria. Num HD, a área referente a cada bit armazenado funciona como um
minúsculo ímã, que tem sua orientação magnética alterada pela cabeça de
leitura. Quando ela é orientada em um sentido temos um bit 1 e no sentido
oposto temos um bit 0. A área da superfície utilizada para a gravação de cada bit
chamada de "magnetic element", ou elemento magnético.
A partir de um certo ponto, a área de gravação torna-se tão pequena
que a orientação magnética dos bits pode ser alterada de forma aleatória pela
própria energia térmica presente no ambiente (fenômeno de chamado de
superparamagnetismo) o que faz com que a mídia deixe de ser confiável.
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Escrita / leitura:
A tecnologia usada nos HDs fabricados até a primeira metade de 2007
é chamada de gravação longitudinal (longitudinal recording), onde a orientação
magnética dos bits é gravada na horizontal, de forma paralela à mídia. O
problema é que a partir dos 100 gigabits por polegada quadrada, tornou-se muito
difícil aumentar a densidade de gravação, o que acelerou a migração para o
sistema de gravação perpendicular (perpendicular recording), onde a orientação
magnética passa a ser feita na vertical, aumentando muito a densidade dos
discos.
Estima-se que utilizando gravação longitudinal, seria possível atingir
densidades de no máximo 200 gigabits por polegada, enquanto que utilizando
gravação perpendicular seja possível atingir até 10 vezes mais. Isso significa que
os fabricantes ainda terão margem para produzir HDs de até 10 terabytes antes
de esgotar as possibilidades oferecidas pela nova tecnologia.
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Escrita / leitura:
Na gravação perpendicular, a mídia de gravação é composta de duas
camadas. Inicialmente temos uma camada de cromo, que serve como um indutor,
permitindo que o sinal magnético gerado pelo dispositivo de gravação
"atravesse" a superfície magnética, criando um impulso mais forte e, ao mesmo
tempo, como uma espécie de isolante entre a superfície de gravação e as
camadas inferiores do disco.
Ele poderia (até certo ponto) ser comparado à camada extra usada nos
processadores fabricados com tecnologia SOI (silicon on insulator), onde uma
camada isolante é criada entre os transistores e o wafer de silício, reduzindo a
perda de elétrons e, conseqüentemente, o consumo elétrico do processador.
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Escrita / leitura:
Sobre a camada de cromo, são depositados os grãos magnéticos. A
diferença é que agora eles são depositados de forma que a orientação magnética
seja vertical, e não horizontal. A cabeça de leitura e gravação também é
modificada, de forma a serem capazes de lidar com a nova orientação:
Embora pareça uma modificação simples, o uso da gravação perpendicular
em HDs é uma conquista técnica notável. Em termos comparativos, seria como se a
NASA conseguisse enviar uma missão tripulada até Marte.
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Tamanho:
Fabricante a adotar a gravação perpendicular (ordem cronológica):
1.
2.
3.
4.
Fujitsu - HD de 1.8“ – 2005;
Seagate - Barracuda 7200.10, um disco de 3.5" com 750 GB – 2006;
Fujitsu - HD de 2.5" com 160 GB - Agosto de 2006;
Hitachi - Deskstar 7K1000, um HD de 3.5" com 1 TB que utiliza um
design incomum, com 5 platters ao invés dos 4 comumente usados Janeiro de 2007.
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Tamanho:
HD´s muito pequenos armazenam menos e possuem praticamente o
mesmo custo (4Gb $150) e são (serão) facilmente substituídos por memórias
flash.
HD´s muito grandes tendem a ser mais lentos, mais propensos a
problemas mecânicos, alta tempo de acesso, gastarem mais energia, serem mais
ruidosos, devem ser mais finos e isto traz problemas de recobrimento magnético
e diminui a rigidez mecânica fazendo que sua rotação tenha que ser diminuída.
Então: Os HDs de 3.5" e de 2.5" atuais parecem ser o melhor balanço
entre os dois extremos. Os HDs de 3.5" oferecem um melhor desempenho, mais
capacidade de armazenamento e um custo por megabyte mais baixo
(combinação ideal para um desktop), enquanto os HDs de 2.5" são mais
compactos, mais silenciosos, consomem menos energia e são mais resistentes a
impactos, características fundamentais no caso dos notebooks.
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Fonte de Energia
Questões para pesquisa:
1. Explique a diferença entre formatação física e lógica.
2. O que são e qual a principal causa dos badblocks.
3. O que são sistemas de arquivos em um HD?
4. O que é MBR e para que serve?
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Fonte de Energia
Continua...
Interfaces IDE, SATA,
SCSI e SAS;
Performance e RAID;
Formatação e Sistemas
de Arquivo.
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