HD - Disco Rígido – Parte II

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Os discos rígidos funcionam como a memória secundária, porque os dados não são acessados instantaneamente pelo microprocessador. Eles necessitam ser localizados e lidos, ou gravados, em locais livres (não na memória volátil) para que seu conteúdo não se perca ao desligarmos o computador.

A idéia de um disco rígido é simples: imagine um disquete que, ao invés de ser flexível e removível, seja rígido e fixo a um sistema de controle. Uma caixa preta onde isto é abrigado é o disco rígido.

Os discos rígidos giram aproximadamente 3600 RPM (hoje essas velocidades podem chegar a 10.000RPM) dez vezes mais rá­pido que os disquetes. Ao contrário das unidades de disquete, as lâminas dos discos rígidos giram constantemente, pois obter uma velocidade giratória es­tável para todo o conjunto de lâminas é um processo lento, que demora de dez a trinta segundos. Esse giro constante resulta em uma grande vantagem do disco rígido: os dados podem ser acessados quase instantaneamente.
Os discos rígidos atuais possuem o padrão mínimo de 5400 RPM, sendo indicado modelos de 7200 RPM e em caso de necessidade de alta performan­ce para aplicações mais críticas, há discos rígidos de até 10000 RPM.
Por estar girando tão rápido, cria-se um colchão de ar entre a superfície magnética dos discos e as cabeças de leitura/gravação. Assim, quando em fun­cionamento, não há contato entre as cabeças de leitura/gravação e a superfície magnética. Caso existisse esse contato, as cabeças marcariam inevitavelmente a superfície magnética, acarretando a perda de dados escritos e, principal­mente, a destruição imediata da mesma.
A maior velocidade das lâminas dos discos rígidos significa também que os dados podem ser gravados e lidos com mais rapidez. Um giro mais rápido significa que uma quantidade maior das informações contidas no disco passa pelo ponto de leitura ou gravação num mesmo período de tempo.

Tecnologia de Gravação de Discos Rígidos

Desde a criação dos primeiros discos rígidos a tecnologia para gravação de dados usada é a longitudinal, onde os bits são gravados na superfície magné­tica lado a lado. Mas os discos rígidos atuais vêm utilizando um novo tipo de gravação de dados chamada de perpendicular, que permite uma maior densi­dade de gravação do que a longitudinal.

Por volta de 1820, o físico Hans Christian Oersted preparava uma aula de laboratório quando observou que a corrente elétrica que passava por um fio fazia com que o ponteiro de uma bússola apontasse para o fio, e quando a cor­rente era desligada o ponteiro da bússola voltava a apontar para o Norte mag­nético da Terra. Presenciando isso ele concluiu que todo condutor (fio) cria um campo magnético ao seu redor quando há corrente elétrica passando e quando a direção dessa corrente é invertida, a polaridade do campo magnéti­co também é invertida. Assim foi descoberto o fenômeno físico do eletromagnetismo que é usado para gravação e leitura dos dados nos discos rígidos.

Para compreensão de como os dados são lidos e gravados nos discos rígidos e em outros dispositivos só é preciso se lembrar de duas propriedades do eletromagnetismo:

• Todo condutor cria um campo magnético ao seu redor quando há corrente elétrica passando por ele.

• Um campo magnético forte pode induzir corrente elétrica em um fio

Nos discos contidos dentro de um disco rígido (HD) a superfície é feita de alumínio ou vidro e sobre ela é depositada uma camada de material com propriedades magnéticas, geralmente óxido de ferro misturado com outros elementos.

O cabeçote de leitura e gravação dos discos rígidos é constituído de um material condutor no formato de um U de cabeça para baixo envolvido por uma bobina onde passa corrente elétrica. Quando os dados são gravados uma corrente elétrica positiva ou negativa passa pela bobina e faz com que um campo magnético seja criado no cabeçote de leitura e gravação. Esse campo magnetiza a superfície abaixo do cabeçote, alinhando as partículas magnéticas para a esquerda ou para a direita dependendo da polaridade da corrente elétrica. Sendo assim um bit de dados armazenados é uma seqüência de par­tículas magnetizadas.

Quando os dados são lidos uma corrente elétrica positiva ou negativa é induzida sobre uma área magnetizada, possibilitando a leitura dos bits arma­zenados. Na gravação longitudinal utilizada por praticamente todos os discos rígidos encontrados no mercado hoje, as partículas são alinhadas lado a lado (horizontalmente) na superfície do disco.

Para aumentar o espaço de armazenamento dos discos rígidos teve-se que diminuir o tamanho das partículas magnéticas, só que com a diminuição das partículas elas ficam sujeitas a um fenômeno chamado de superparamagnetismo, que ocorre quando as partículas se tornam tão pequenas que variações na temperatura do disco faz com que os campos magnéticos das partículas se invertam, resultando em dados corrompidos e inconsistentes. Este fenômeno é o principal responsável por evitar o aumento da capacidade dos discos rígi­dos com tecnologia longitudinal de gravação de dados.

Na tecnologia de gravação perpendicular, as partículas magnéticas são ali­nhadas verticalmente (perpendicular ao eixo do disco) na superfície do disco, sendo assim mais dados podem ser armazenados e menores são os problemas com o superparamagnetismo.

A tecnologia de gravação perpendicular proporcionará um aumento rá­pido nos tamanhos dos discos encontrados no mercado, quem também se beneficiará desta tecnologia são os dispositivos portáteis, pois em um espaço físico menor será armazenado muito mais bits.

PADRÕES DE DISCO RÍGIDO

Atualmente existem três padrões de disco rígido: o SCSI, o IDE e o Serial ATA.

• SCSI - Small Computer Systems Interface

Possui desempenho superior ao IDE, por isso é mais caro. Utilizado em computadores que necessitem de muita velocidade ou em micros de usuários muito exigentes. O SCSI não é apenas um padrão de discos rígidos; é um padrão de ligação de periféricos em geral. À medida que foram aparecendo cada vez mais periféricos eletrônicos digitais, nada mais justo que os mesmos pudessem ser conectados ao microcomputador. E nada mais lógico do que padronizar tal conexão.

Existem discos rígidos inteligentes que trabalham no padrão SCSI e, apesar da utilização ser algo recente, é muito crescente, principalmente no armazenamento de altas capacidades de dados. Fora discos rígidos, praticamente qualquer aparelho eletrônico atual pode ser ligado a interfaces SCSI.

O SCSI tradicional é um padrão de 8 bits que utiliza um cabo de 50 pinos para a conexão dos periféricos. Sua taxa de transferência fica em torno de 5 Mbps. Algumas mudanças no padrão SCSI foram feitas de modo a melho­rar o desempenho. Estas mudanças foram padronizadas no que é conhecido como padrão SCSI-2, que consiste basicamente em duas técnicas:

• Wide SCSI: Aumento do tamanho da palavra de 8 bits para 16 ou 32 bits. A taxa de transferência sobe para, respectivamente, 10 Mbps e 20Mbps. Entretanto, para conseguir fazer este tipo de transferência com um dispositivo SCSI, o cabo teve que ser aumentado. Um cabo Wide SCSI possui normalmente 68 pinos. Portanto, ao adquirir um host Wide SCSI, o seu periférico deverá ser Wide SCSI, de modo que os dois consigam se comunicar corretamente.

• Fast SCSI: Aumento da taxa de transferência. Pode ser incluído no padrão SCSI tradicional de 8 bits ou no Wide SCSI de 16 ou 32 bits. A taxa de transferência sobe para, respectivamente, 10 Mbps, 20Mbps e 40Mbps.

IDE (Integrated Drive Eletronics)

Eletrônica de Drive Integrado. A maioria dos discos rígidos para usuário final é IDE. Apesar de o padrão SCSI poder ser a solução real e final para subsistemas de disco rígido, ele é um padrão caro.

Havia um grande problema: o ruído. Para eliminá-lo foi desenvolvida uma tecnologia onde o cabo de comunicação entre o disco rígido e a interface con­troladora fosse o menor possível. A interface controladora estava inte­grada diretamente na mesma placa dos circuitos de controle do meca­nismo do disco rígido. Com isso, o problema de ruído foi simplesmente eliminado. Esta tecnologia passou a ser chamada apropriadamente de IDE, que acabou por se tornar um padrão por seu relativo baixo custo.

Com a interface controladora integrada diretamente no próprio disco rí­gido, basta encaixá-lo no barramento do microcomputador. Algo como ligar diretamente o disco rígido, sem interface alguma, a algum slot do microcom­putador. Os microcomputadores passaram a ter na placa-mãe um conector miniatura, onde o disco rígido IDE era conectado diretamente com um flat cable de 40 pinos. Este tipo de conexão passou a ser chamado ATA. Esta simplicidade logo tomou conta do mercado, o que fez com que diversos outros fabricantes de disco rígido criassem os seus próprios discos IDE, transformando-o em padrão.

Porém, havia ainda um grande problema em relação ao motor de movi­mentação do conjunto das cabeças de leitura/gravação. De nada adiantaria a tecnologia IDE se o disco rígido continuasse burro. Era necessária a utilização de um sistema de motor inteligente. Passou-se a utilizar um novo tipo de atuador, chamado voice coil. Estes servos podem estar em uma mesma face de disco onde existam dados ou podem estar localizados em uma face total­mente destinada aos sinais de servo. Portanto, não é estranho existir um disco rígido de 5 lados, mesmo sendo este um número ímpar: existem internamente 3 discos, ou 6 lados. Porém, 1 lado é utilizado para a orientação do motor, através dos sinais de servo.

Os discos rígidos possuem uma pequena memória para um acesso mais rápido (BUFFER é pode ser um chip SRAM ou DRAM). Quando o sistema operacional lê um setor, o disco rígido lê a trilha inteira e armazena nessa memória. Como é muito provável que o próximo setor que o sistema operacional peça se encontre na mesma trilha, o disco rígido não entregará ao microcomputador um setor recém-lido, mas os dados constantes nesta memória. Esta é uma técnica conhecida como Disk Cache.

Nos padrões atuais, os discos rígidos com interface IDE apresentam um custo benefício superior aos SCSI. Várias tecnologias foram empregadas para que o padrão IDE se tornasse cada vez mais eficiente. De acordo com o fabri­cante de disco, utilizaram-se técnicas próprias de aperfeiçoamento, como si­lenciador de disco, estrutura anti-choque, memória cache interna inteligente e outros sofisticados recursos que permitiram tornar os discos rígidos IDE tão velozes e eficientes quanto um SCSI.

O padrão IDE começou com a velocidade PIO, que não utilizava canais de acesso a memória dedicados para as operações de escrita e leitura, o que significa­va que a cada acesso o processador principal era consumido para dirigir as tarefas do disco, o que diminuía o desempenho total da máquina. Depois foi empregada a técnica de utilizar um canal DMA para o padrão IDE, chamada de EIDE, que acelerou a transferência lógica de 8 Mb/s (PIO mode 4) para 33 Mb/s (DMA 1).

Atualmente, a tecnologia DMA é chamada de Ultra DMA, que foi elevado até o patamar de Ultra DMA modo 5 (133 Mb/s).

Essa taxa não representa a transferência física e real dos dados, porém, aumenta a largura de banda por onde os dados trafegam. Até o segundo semestre de 2005, os discos IDE mais sofisticados atingiam a taxa de 40 Mb/s reais, próximo ou superior a muitos discos padrão SCSI.

SERIAL ATA OU SATA

O Serial ATA, também chamado simplesmente de SATA, é a evolução natural do padrão IDE tradicional, agora chamado também de Paralela ATA, ou PATA.

O IDE tradicional transfere os dados de forma paralela que, por sua vez, transmite vários bits de dados simultaneamente, ao contrário do serial, que transmite os bits em série um de cada vez. O que parecia uma vantagem ime­diata, com o tempo se transformou em desvantagem, pois quanto mais rápido os dados trafegavam pelas vias paralelas, maior eram as chances de geração de ruídos elétricos, motivo este de a partir do ATA 66 haver a necessidade de cabos de 80 vias, onde para cada uma das 40 vias originais existia um fio terra, protegendo contra as interferências. O padrão atual máximo que o IDE tradicional chegou foi de 133 Mb/s (ATA 133).

No padrão SATA, a transferência é realizada apenas por 4 fios, não haven­do riscos de interferências a partir do momento que todos os cabos SATA também são blindados. Outra vantagem a ser destacada é que o tamanho do cabo, sendo menor, também facilita um bom arranjo dentro do gabinete, faci­litando a ventilação e diminuindo o calor.

A primeira versão do SATA é capaz de atingir a velocidade de 150 Mb/s de transferência lógica, já a segunda versão, chamada de SATA II, é capaz de chegar até a 300 Mb/s.

Existem adaptadores que permitem a ligação de dispositivos IDE em por­tas SATA e vice versa, mas fica o aviso de que os dispositivos ficarão limitados à velocidade da tecnologia empregada, onde um disco SATA ligado em uma porta IDE não irá além dos 133Mb/s, e discos IDE ligados em cabos SATA também não ficarão mais rápidos.

O recomendado é usar periféricos SATA em portas SATA, aproveitando melhor a tecnologia empregada.