Capítulo – 2
Introdução aos discos rígidos
Introdução
No mundo moderno da computação, os discos rígidos provaram ser a parte mais importante de um computador. Hoje, o disco rígido é o principal dispositivo de armazenamento mais comumente usado para armazenar todos os tipos de dados e também é um dos componentes mais interessantes de um computador.
Seria muito difícil para os usuários de computadores modernos sequer imaginar como seria a vida na computação sem discos rígidos, já que a maioria de nós hoje armazena bilhões de bytes de informação em nossos computadores.
Os primeiros computadores não tinham nenhum tipo de armazenamento. Toda vez que você queria executar um programa, você tinha que inseri-lo manualmente. Além disso, tornou muito do que hoje consideramos computação impossível, já que não havia uma maneira fácil de fazer um computador trabalhar com os mesmos dados repetidamente. Rapidamente ficou claro que algum tipo de armazenamento permanente era necessário para que os computadores se tornassem ferramentas realmente úteis.
O primeiro meio de armazenamento usado em computadores foi o papel. Programas e dados eram gravados usando furos em fita de papel ou cartões perfurados. Um leitor especial usava um feixe de luz para escanear cartões ou fitas. Onde havia um furo, lia-se "1", e onde o papel bloqueava o sensor, lia-se "0", ou vice-versa.
Embora isso tenha sido uma grande melhoria em relação a nada, esses cartões ainda eram muito difíceis de usar. Basicamente, você tinha que escrever o programa inteiro do zero no papel e fazê-lo funcionar na sua cabeça antes mesmo de começar a tentar transferi-lo para os cartões, porque se você cometesse um erro, teria que perfurar vários cartões novamente. Era muito difícil visualizar com o que você estava trabalhando.
O próximo grande passo em relação ao papel foi a criação da fita magnética. Ao registrar informações de forma semelhante à gravação de som em fita, essas fitas magnéticas eram muito mais flexíveis, duráveis e rápidas do que fitas de papel ou cartões perfurados.
É claro que a fita ainda é usada hoje em computadores modernos, mas como uma forma de armazenamento offline ou secundário. Antes dos discos rígidos surgirem, eles eram o armazenamento principal de alguns computadores. Sua principal desvantagem é que devem ser lidos linearmente; Mover-se de uma ponta da fita para a outra pode levar vários minutos, tornando o acesso aleatório impraticável.
Bem, vamos voltar ao nosso tópico. A IBM lançou o primeiro disco rígido adequado para desenvolvimento comercial. Não era como as unidades de disco que usamos hoje. Eles usavam tambores cilíndricos rotativos que armazenavam padrões magnéticos de dados. Os tambores eram grandes e difíceis de trabalhar. Os primeiros discos rígidos verdadeiros tinham as cabeças do disco em contato com a superfície do disco. Isso foi feito para permitir que os componentes eletrônicos de baixa sensibilidade da época lessem melhor os campos magnéticos na superfície do disco, mas as tecnologias de fabricação naquela época não eram tão sofisticadas quanto são hoje, e era impossível tornar a superfície do disco tão lisa quanto necessário para permitir que a cabeça deslizasse suavemente pela superfície do disco em alta velocidade enquanto estivesse em contato com ele. Com o tempo, as cabeças ou o revestimento magnético na superfície do disco se desgastaram.
Como uma descoberta crítica da nova tecnologia da IBM, que não exigia contato com a superfície do disco, ela se tornou a base para os discos rígidos modernos. O primeiro disco rígido desse tipo foi o IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), lançado em 13 de setembro de 1956. Este disco rígido podia armazenar cinco milhões de caracteres, o que equivalia a aproximadamente cinco megabytes, com uma taxa de transferência de dados de 8.800 bytes por segundo.
Em 1962, a IBM lançou o 1301 Advanced Disk File. A principal conquista desse acionamento foi a criação de cabeças que flutuavam ou voavam acima da superfície do disco em um mancal de ar, o que reduziu a distância das cabeças à superfície do disco de 800 para 250 micropolegadas.
Em 1973, a IBM lançou o disco rígido 3340, geralmente considerado o pai do disco rígido moderno, que tinha dois eixos separados, um permanente e um removível, cada um com capacidade de 30 MB. O Modelo 3370 da IBM, lançado em 1979, foi a primeira unidade de disco com cabeças de película fina. No mesmo ano, a IBM lançou o 3310, que foi o primeiro drive com discos de 8 polegadas, uma redução significativa no tamanho dos discos de 14 polegadas que foram o padrão por mais de uma década.
O primeiro disco rígido projetado no formato de 5,25" usado nos primeiros PCs foi o Seagate ST-506. Ele tinha quatro cabeças e uma capacidade de 5 MB. A IBM contornou o ST-506 e escolheu o ST-412, um disco de 10 MB no mesmo formato, para o IBM PC/XT, tornando-o o primeiro disco rígido amplamente usado no mundo dos PCs e compatíveis com PCs.
Em 1983, a Rodime lançou o RO352, o primeiro disco rígido a usar o formato de 3,5 polegadas, que se tornou um dos padrões mais importantes da indústria. Em 1985, a Quantum lançou o Hardcard, um disco rígido de 10,5 MB que cabia em uma placa de expansão ISA para PCs que foram originalmente lançados sem disco rígido.
Em 1986, a Conner Peripherals lançou o CP340. Foi o primeiro drive de disco a usar uma unidade de bobina móvel. Em 1988, a Conner Peripherals lançou o CP3022, que foi o primeiro drive de 3,5 polegadas a usar a altura reduzida de 1 polegada, agora chamada de "low profile" e o padrão para drives modernos de 3,5 polegadas. No mesmo ano, a PrairieTek lançou uma unidade que usava pratos de 2,5 polegadas. Em 1990, a IBM lançou a unidade de disco 681 (Redwing) com capacidade de 857 MB. Foi o primeiro a usar cabeçotes MR e PRML.
Lançada em 1991, a unidade de disco de mainframe Pacifica da IBM foi a primeira a substituir a mídia de óxido por mídia de película fina na superfície do prato. No mesmo ano, o 1820 da Integral Peripherals se tornou o primeiro disco rígido com pratos de 1,8", mais tarde usado para unidades de PC-Card. Em 1992, a Hewlett Packard introduziu o C3013A, que se tornou o primeiro disco de 1,3".
Houve muitos desenvolvimentos na história dos discos rígidos que deram aos discos atuais seu design, formato, desempenho e capacidade modernos. É difícil listá-los em detalhes neste livro.
Componentes do disco rígido
Um disco rígido consiste nos seguintes componentes principais:
- Pratos e mídia de disco
- Cabeças de leitura/gravação
- Deslizadores de cabeça, alavancas e acionamento
- Motor do eixo do disco rígido
- Conectores e jumpers
- Placa lógica
- Cache e layout de cache
Componentes do disco rígido
Pratos e mídia de disco
Cada disco rígido usa um ou mais (geralmente mais de um) discos redondos e planos chamados platters , revestidos em ambos os lados com um material de mídia especial projetado para armazenar informações na forma de padrões magnéticos. Cada superfície de cada platter no disco pode conter bilhões de bits de dados.
Os pratos são compostos de duas substâncias principais: um material de substrato que forma a maior parte do prato e lhe dá estrutura e rigidez, e um revestimento de mídia magnética que retém os impulsos magnéticos que representam os dados.
A qualidade dos pratos e, particularmente, seu revestimento de mídia é crítica. O tamanho dos pratos no disco rígido é o determinante primário de suas dimensões físicas gerais, também geralmente chamado de fator de forma do drive; a maioria dos drives é produzida em um dos vários fatores de forma de disco rígido padrão.
Às vezes, os discos rígidos são referenciados por uma especificação de tamanho. Se alguém tem um disco rígido de 3,5 polegadas, isso geralmente se refere ao fator de forma do disco e, normalmente, o fator de forma é nomeado com base no tamanho do prato. Os discos rígidos anteriores tinham um tamanho nominal de 5,25", mas hoje em dia o tamanho mais comum do prato de disco rígido é 3,5" .
Os drives de laptop são geralmente menores, devido ao tamanho pequeno esperado e ao menor peso dele. Os pratos nesses drives geralmente têm 2,5" de diâmetro ou menos; 2,5" é o fator de forma padrão, mas drives com pratos de 1,8" e até 1,0" estão se tornando mais comuns em equipamentos móveis.
Embora as unidades estendam os pratos até o máximo possível da largura do pacote físico da unidade, para maximizar a quantidade de armazenamento que eles podem embalar na unidade, a tendência geral é para pratos menores. Aqui estão as principais razões pelas quais as empresas estão optando por pratos menores, mesmo para unidades de desktop:
Os pratos rígidos e rígidos são mais resistentes a choques e vibrações, e são mais adequados para serem acoplados a fusos de alta velocidade e outros hardwares de alto desempenho. Reduzir o diâmetro do prato do disco rígido por um fator de dois aproximadamente quadruplica sua rigidez.
O tamanho reduzido dos pratos reduz a distância que o atuador de cabeça deve mover as cabeças de um lado para o outro para executar buscas aleatórias. Isso melhora o tempo de busca e torna as leituras e gravações aleatórias mais rápidas.
Os fusos de disco rígido mais recentes estão aumentando em termos de desempenho de velocidade. Pratos menores são mais fáceis de girar e exigem motores menos potentes, além de serem mais rápidos para girar até a velocidade a partir de uma posição parada.
O menor tamanho de prato de disco rígido disponível hoje é de 1" de diâmetro. O incrível Micro drive da IBM tem um único prato e foi projetado para caber em câmeras digitais, organizadores pessoais e outros equipamentos pequenos. O tamanho minúsculo dos pratos permite que o Micro drive funcione com energia da bateria, gire para baixo e volte a girar em menos de um segundo.
Do ponto de vista da engenharia, mais pratos também significam mais massa e, portanto, resposta mais lenta aos comandos para iniciar ou parar o drive. Isso pode ser compensado com um motor de spindle mais forte, mas isso leva a outras compensações.
Na verdade, a tendência recente tem sido em direção a drives com menos braços de cabeça e pratos, não mais. A densidade de área continua a aumentar, permitindo a criação de drives grandes sem usar muitos pratos. Isso permite que os fabricantes reduzam a contagem de pratos para melhorar o tempo de busca sem criar drives muito pequenos para o mercado.
O fator de forma do disco rígido também tem uma grande influência no número de pratos em uma unidade. Existem vários fatores que estão relacionados ao número de pratos usados no disco. Unidades com muitos pratos são mais difíceis de projetar devido à massa aumentada da unidade do eixo, à necessidade de alinhar perfeitamente todas as unidades e à maior dificuldade em manter o ruído e a vibração sob controle.
Mesmo assim, embora os engenheiros de disco rígido quisessem colocar muitos pratos em um modelo específico, o fator de forma padrão do disco rígido “slimline” é limitado a 1 polegada de altura, o que limita o número de pratos que podem ser colocados em uma única unidade. Claro, os engenheiros estão constantemente trabalhando para reduzir a quantidade de espaço livre necessária entre os pratos, para que possam aumentar o número de pratos em unidades de uma determinada altura.
Os padrões magnéticos que compõem seus dados são gravados em uma camada de mídia muito fina nas superfícies dos pratos do disco rígido; a maior parte do material do prato é chamada de substrato e não faz nada além de dar suporte à camada de mídia. Para ser adequado, um material de substrato deve ser rígido, fácil de trabalhar, leve, estável, magneticamente inerte, barato e prontamente disponível. O material mais comumente usado para fazer pratos tem sido tradicionalmente uma liga de alumínio, que atende a todos esses critérios.
Devido à maneira como os pratos giram com as cabeças de leitura/gravação flutuando logo acima deles, os pratos devem ser extremamente lisos e planos, portanto, alternativas ao alumínio, como vidro, compostos de vidro e ligas de magnésio foram propostas. Agora parece cada vez mais provável que o vidro e os compostos feitos com vidro sejam o próximo padrão para o substrato do prato. Comparados aos pratos de alumínio, os pratos de vidro têm várias vantagens:
- Melhor qualidade:
- Rigidez melhorada:
- Pratos mais finos:
- Estabilidade térmica:
Uma desvantagem do vidro em comparação ao alumínio é a fragilidade, principalmente quando feito muito fino.
O material do substrato do qual os pratos são feitos forma a base sobre a qual a mídia de gravação real é depositada. A camada de mídia é um revestimento muito fino de material magnético, que é onde os dados reais são armazenados. Normalmente, tem apenas alguns milionésimos de polegada de espessura.
Discos rígidos mais antigos usavam mídia de óxido. A mídia de óxido é barata de usar, mas também tem várias deficiências importantes. A primeira é que é um material macio e facilmente danificado pelo contato com uma cabeça de leitura/gravação. A segunda é que só é útil para armazenamento de densidade relativamente baixa. Funcionou bem para discos rígidos mais antigos com densidade de dados relativamente baixa, mas como os fabricantes buscavam compactar mais e mais dados no mesmo espaço, o óxido não estava à altura da tarefa: as partículas de óxido se tornaram grandes demais para os pequenos campos magnéticos de designs mais novos.
Os discos rígidos de hoje usam mídia de filme fino. A mídia de filme fino consiste em uma camada muito fina de material magnético aplicada à superfície dos pratos. Técnicas especiais de fabricação são empregadas para depositar o material de mídia nos pratos.
Comparada à mídia de óxido, a mídia de filme fino é muito mais uniforme e suave. Ela também tem propriedades magnéticas muito superiores, permitindo que ela armazene muito mais dados na mesma quantidade de espaço. Após a aplicação da mídia magnética, a superfície de cada prato é geralmente coberta com uma fina camada protetora feita de carbono. Em cima disso, é adicionada uma camada lubrificante superfina. Esses materiais são usados para proteger o disco de danos causados por contato acidental das cabeças ou outros materiais estranhos que podem entrar na unidade.
Cabeças de leitura/gravação
As cabeças são a interface de leitura/gravação para a mídia física magnética na qual os dados são armazenados em um disco rígido. As cabeças fazem o trabalho de converter bits em pulsos magnéticos e armazená-los nos pratos, e então reverter o processo quando os dados precisam ser lidos novamente. As cabeças são uma das partes mais caras do disco rígido para permitir que as densidades de área e as velocidades de rotação do disco aumentem.
Embora os cabeçotes GMR sejam os mais populares nos discos rígidos atuais, diversas tecnologias foram propostas em diversos momentos para cabeçotes de leitura/gravação:
- Cabeças de ferrite
- Cabeças de metal em vão (MIG)
- Cabeças de filme fino (TF)
- Cabeças magnetorresistivas anisotrópicas (AMR/MR)
- Cabeças magneto resistivas gigantes (GMR)
- Cabeças magneto resistivas colossais (CMR)
Cabeças de leitura/gravação são um componente extremamente crítico na determinação do desempenho geral do disco rígido, uma vez que desempenham um papel tão importante no armazenamento e recuperação de dados. Novas tecnologias de cabeça são frequentemente o ponto de gatilho para aumentar a velocidade e o tamanho dos discos rígidos modernos, portanto, cabeças de leitura/gravação são a parte mais sofisticada do disco rígido, o que é em si uma maravilha tecnológica.
Cada bit de dados a ser armazenado é gravado no disco rígido usando um método de codificação especial que traduz zeros e uns em padrões de inversões de fluxo magnético. Cada prato do disco rígido tem duas superfícies usadas para armazenar os dados geralmente e normalmente há uma cabeça para cada superfície usada na unidade. Como a maioria dos discos rígidos tem de um a quatro pratos, a maioria dos discos rígidos tem entre dois e oito cabeças. Algumas unidades maiores podem ter 20 cabeças ou mais. Apenas uma cabeça pode ler ou gravar no disco rígido em um determinado momento. Um circuito especial é usado para controlar qual cabeça está ativa em um determinado momento.
A cabeça flutua sobre a superfície do disco e faz todo o seu trabalho sem nunca tocar fisicamente nos pratos. A quantidade de espaço entre as cabeças e os pratos é chamada de altura flutuante ou altura de voo ou vão da cabeça. Os conjuntos de cabeça de leitura/gravação são carregados por mola usando o aço de mola dos braços da cabeça, o que faz com que os controles deslizantes pressionem contra os pratos quando o disco está parado.
Isso é feito para garantir que as cabeças não se afastem dos pratos, portanto, manter uma altura exata de flutuação é essencial para a operação correta. Quando o disco gira até a velocidade operacional, a alta velocidade faz com que o ar flua sob os controles deslizantes e os levante da superfície do disco. A distância dos pratos até as cabeças é um parâmetro de projeto específico que é rigidamente controlado pelos fabricantes.
Um disco rígido moderno tem uma altura flutuante de 0,5 micro polegadas e até mesmo um fio de cabelo humano tem uma espessura de mais de 2.000 micro polegadas, por isso manter a sujeira fora do disco rígido é tão importante. Na verdade, é bastante surpreendente o quão perto da superfície dos discos as cabeças voam sem se tocar. Partículas de poeira, impressões digitais e até mesmo partículas de fumaça são um grande problema para a cabeça de um disco rígido.
Estrutura de leitura e gravação da unidade de disco rígido
Quando a densidade areal de um drive é aumentada para melhorar a capacidade e o desempenho, os campos magnéticos são tornados menores e mais fracos. Para compensar, ou as cabeças devem ser tornadas mais sensíveis, ou a altura flutuante deve ser diminuída.
Cada vez que a altura de flutuação é diminuída, os aspectos mecânicos do disco devem ser ajustados para garantir que os pratos estejam mais planos, o alinhamento do conjunto do prato e as cabeças de leitura/gravação estejam perfeitos e não haja poeira ou sujeira na superfície dos pratos. Vibração e choque também se tornam mais preocupantes e devem ser compensados.
Esta é uma das razões pelas quais os fabricantes estão se voltando para pratos menores, bem como para o uso de substratos de pratos de vidro. Cabeças mais novas, como a GMR, são preferidas porque permitem uma altura de voo maior do que cabeças mais antigas e menos sensíveis, tudo o mais sendo igual.
Batida de cabeça
Como as cabeças de leitura/gravação de um disco rígido estão flutuando em uma camada microscópica de ar acima dos próprios pratos do disco, é possível que as cabeças possam fazer contato com a mídia no disco rígido sob certas circunstâncias. Normalmente, as cabeças só entram em contato com a superfície quando a unidade está iniciando ou parando.
Um disco rígido moderno gira mais de 100 vezes por segundo. Se as cabeças entrarem em contato com a superfície do disco enquanto ele estiver em velocidade operacional, o resultado pode ser perda de dados, danos às cabeças, danos à superfície do disco ou todos os três. Isso geralmente é chamado de quebra de cabeça, duas das palavras mais assustadoras para qualquer usuário de computador. As causas mais comuns de quebra de cabeça são contaminação presa no fino vão entre a cabeça e o disco e choque aplicado ao disco rígido enquanto ele está em operação.
Estacionamento de cabeça
Quando os pratos não estão girando, as cabeças descansam na superfície do disco. Quando os pratos giram para cima, as cabeças esfregam ao longo da superfície dos pratos até que velocidade suficiente seja obtida para que eles levantem e flutuem em sua almofada de ar. Quando a unidade é girada para baixo, o processo é repetido ao contrário. Em ambos os casos, por um período de tempo, as cabeças fazem contato com a superfície do disco enquanto estão em movimento.
Embora os pratos e as cabeças sejam projetados com a certeza de que esse contato ocorrerá, ainda faz sentido evitar que isso aconteça em uma área do disco onde há dados.
Por esse motivo, a maioria dos discos reserva uma trilha especial que é designada para ser onde as cabeças serão colocadas para decolagens e aterrissagens. Essa área é chamada de zona de aterrissagem, e nenhum dado é colocado lá. O processo de mover as cabeças para essa área designada é chamado de estacionamento de cabeças.
Quase todos os novos sistemas operacionais têm um recurso embutido para estacionar a cabeça automaticamente quando necessário. A maioria dos primeiros discos rígidos que usavam motores de passo não estacionavam automaticamente as cabeças da unidade, portanto, como precaução de segurança, muitos pequenos utilitários foram escritos para que o usuário executasse antes de desligar o PC daqueles dias. O utilitário instruiria o disco a mover as cabeças para a zona de aterrissagem e, então, o PC poderia ser desligado com segurança.
Um parâmetro na configuração do BIOS para o disco rígido informa ao sistema qual trilha era a zona de pouso para o modelo específico de disco rígido. Normalmente, era a próxima trilha numerada consecutivamente acima da maior realmente usada para dados. Os discos rígidos modernos acionados por bobina de voz são todos de estacionamento automático. Não é mais necessário estacionar manualmente as cabeças dos discos rígidos modernos.
Deslizadores de cabeça, braços e atuador
Quando os pratos do disco rígido são acessados para operações de leitura e gravação usando as cabeças de leitura/gravação montadas nas superfícies superior e inferior de cada prato, é óbvio que as cabeças de leitura/gravação não flutuam no espaço. Elas devem ser mantidas em uma posição exata em relação às superfícies que estão lendo e também devem ser movidas de trilha para trilha para permitir acesso a toda a superfície do disco.
As cabeças são montadas em uma estrutura que facilita esse processo, que geralmente é chamada de conjunto de cabeça ou conjunto de atuador ou conjunto de cabeça-atuador. É composto de várias partes diferentes. As próprias cabeças são montadas em deslizadores de cabeça. Os deslizadores são suspensos sobre a superfície do disco nas extremidades dos braços da cabeça. Os braços da cabeça são todos mecanicamente fundidos em uma única estrutura que é movida ao redor da superfície do disco pelo atuador.
Deslizadores de cabeça
Cada cabeça de disco rígido é montada em um dispositivo especial chamado de slider de cabeça ou apenas slider para abreviar. A função do slider é dar suporte físico à cabeça e mantê-la na posição correta em relação ao prato enquanto a cabeça flutua sobre sua superfície. Cabeças de leitura/gravação de disco rígido são muito pequenas para serem usadas sem serem acopladas a uma unidade maior.
Os controles deslizantes recebem um formato especial para permitir que eles deslizem precisamente sobre o prato. Como as cabeças de leitura/gravação do disco rígido vêm diminuindo de tamanho, o mesmo acontece com os controles deslizantes que os carregam. A principal vantagem de usar controles deslizantes pequenos é que ele reduz o peso que deve ser puxado ao redor da superfície dos pratos, melhorando a velocidade e a precisão do posicionamento. Os controles deslizantes menores também têm menos área de superfície para potencialmente entrar em contato com a superfície do disco. Cada controle deslizante é montado em um braço de cabeça para permitir que ele seja movido sobre a superfície do prato ao qual está acoplado.
Cabeça Braços
Os braços da cabeça são peças finas de metal, geralmente triangulares em forma, nas quais os deslizadores da cabeça que carregam as cabeças de leitura/gravação são montados. Há um braço por cabeça de leitura/gravação, e todos eles são alinhados e montados no atuador da cabeça para formar uma única unidade.
Isso significa que quando o atuador se move, todas as cabeças se movem juntas de forma sincronizada. Os braços em si são feitos de um material leve e fino, para permitir que sejam movidos rapidamente das partes internas para as externas do acionamento. Projetos mais novos substituíram braços sólidos por formas estruturais para reduzir o peso e melhorar o desempenho.
Os drives mais novos alcançam tempos de busca mais rápidos em parte usando atuadores mais rápidos e inteligentes e braços de cabeça mais leves e rígidos, permitindo que o tempo de troca entre as trilhas seja reduzido. Uma tendência recente na indústria de discos rígidos tem sido a redução no número de pratos em várias famílias de drives. Até mesmo alguns drives emblemáticos em várias famílias agora têm apenas três ou até dois pratos, onde quatro ou cinco eram comuns há um ano ou mais.
Uma razão para essa tendência é que ter um grande número de braços de cabeça dificulta fazer o acionamento com precisão alta o suficiente para permitir posicionamento muito rápido em buscas aleatórias. Isso se deve ao aumento de peso no conjunto do atuador devido aos braços extras e também a problemas de alinhamento de todas as cabeças.
Atuador de cabeça
O atuador é uma parte muito importante do disco rígido, porque mudar de trilha para trilha é a única operação no disco rígido que requer movimento ativo. Mudar de cabeças é uma função eletrônica, e mudar de setores envolve esperar o número de setor certo girar e ficar sob a cabeça. Mudar de trilhas significa que as cabeças devem ser deslocadas, e, portanto, garantir que esse movimento possa ser feito de forma rápida e precisa é de suma importância.
O atuador é o dispositivo usado para posicionar os braços da cabeça em diferentes trilhas na superfície do prato para diferentes cilindros, já que todos os braços da cabeça são movidos como uma unidade síncrona, então cada braço se move para o mesmo número de trilha de sua respectiva superfície. Os atuadores de cabeça vêm em duas variedades gerais:
- Motores de passo
- Bobinas de voz
A principal diferença entre os dois projetos é que o motor de passo é um sistema de posicionamento absoluto, enquanto a bobina móvel é um sistema de posicionamento relativo.
Todos os discos rígidos modernos usam atuadores de bobina de voz. O atuador de bobina de voz não é apenas muito mais adaptável e insensível a problemas térmicos. Ele é muito mais rápido e confiável do que um motor de passo. O posicionamento do atuador é dinâmico e é baseado no feedback do exame da posição real das trilhas. Este sistema de feedback de malha fechada também é às vezes chamado de servo motor ou sistema de posicionamento servo e é comumente usado em milhares de aplicações diferentes onde o posicionamento preciso é importante.
Motor de fuso
O motor do fuso ou eixo do fuso é responsável por girar os pratos do disco rígido, permitindo que o disco rígido opere. Um motor do fuso deve fornecer potência de giro estável, confiável e consistente por milhares de horas de uso frequentemente contínuo, para permitir que o disco rígido funcione corretamente, porque muitas falhas de unidade são, na verdade, falhas do motor do fuso, não dos sistemas de armazenamento de dados.
O motor do eixo de um disco rígido deve ter as seguintes qualidades para durar muito e manter seus dados seguros por muito tempo:
- Ele deve ser de alta qualidade para poder funcionar por milhares de horas e tolerar milhares de ciclos de partida e parada sem falhar.
- Ele deve ser executado suavemente e com o mínimo de vibração, devido às tolerâncias apertadas dos pratos e cabeçotes dentro do acionamento.
- Não deve gerar quantidades excessivas de calor ou ruído.
- Não deve consumir muita energia.
- Ele deve ter sua velocidade controlada para que gire na velocidade adequada.
Para atender a essas demandas, todos os discos rígidos de PC usam motores de eixo CC servocontrolados. Os motores de eixo do disco rígido são configurados para conexão direta. Não há correias ou engrenagens que são usadas para conectá-los ao eixo do prato do disco rígido. O eixo no qual os pratos são montados é conectado diretamente ao eixo do motor.
Os pratos são usinados com um furo do tamanho exato do fuso e são colocados no fuso com anéis separadores entre eles para manter a distância correta e fornecer espaço para os braços da cabeça. A quantidade de trabalho que o motor do fuso tem que fazer depende dos seguintes fatores:
O tamanho e o número de pratos: Pratos maiores e mais pratos em um drive significam mais massa para o motor girar, então motores mais potentes são necessários. O mesmo é verdade para drives de alta velocidade.
o Gerenciamento de energia: Hoje em dia, os usuários querem cada vez mais discos rígidos que girem rapidamente de uma posição parada até a velocidade operacional, o que também requer motores mais rápidos e potentes.
Assim como em discos rígidos mais novos a velocidade do eixo é considerada uma questão importante, também se tornou um ponto importante nos discos rígidos controlar a quantidade de ruído, calor e vibração gerados pelos discos rígidos devido à alta velocidade do eixo.
Alguns drives mais novos, especialmente os modelos de 7200 e 10.000 RPM, podem fazer muito barulho quando estão em execução. Se possível, é uma boa ideia verificar um disco rígido em operação antes de comprá-lo, para avaliar seu nível de ruído e ver se isso o incomoda; isso varia muito de indivíduo para indivíduo. O ruído produzido também varia até certo ponto, dependendo do drive individual, mesmo na mesma família. O calor criado pelo motor do eixo pode eventualmente causar danos ao disco rígido, e é por isso que drives mais novos discos rígidos mais novos estão dando mais atenção ao seu resfriamento.
Conectores e Jumpers
Existem vários conectores e jumpers diferentes em um disco rígido que são usados para configurar o disco rígido e conectá-lo ao resto do sistema. O número e os tipos de conectores no disco rígido dependem da interface de dados que ele usa para se conectar ao sistema, do fabricante da unidade e de quaisquer recursos especiais que a unidade possa possuir.
As instruções para configurar jumpers comuns geralmente são impressas diretamente na unidade. As unidades de disco rígido usam um plugue conector macho padrão de 4 pinos que pega um dos conectores de energia vindos da fonte de alimentação. Este conector plástico de 4 fios fornece voltagem +5 e +12 para o disco rígido.
Existem dois tipos de interfaces, das quais geralmente os discos rígidos modernos usam uma:
- IDE/ATA: Possui um conector retangular de 40 pinos.
- SCSI: Um conector em formato de D de 50 pinos, 68 pinos ou 80 pinos. Todos esses três números de pinos representam um tipo diferente de disco SCSI, como:
- Um conector de 50 pinos significa que o dispositivo é SCSI estreito.
- 68 pinos significa SCSI amplo.
- 80 pinos significam SCSI amplo usando conexão de conector único (SCA).
Conectores e Jumpers
Os conectores em unidades de disco rígido são geralmente na forma de uma grade retangular de pinos 2xN (onde N é 20, 25, 34 ou 40, dependendo da interface) . A maioria dos conectores de interface SCSI atuais são codificados para evitar inserção incorreta porque são em formato de D, o que nem sempre é o caso para outras interfaces.
Por esse motivo, é importante certificar-se de que o cabo esteja orientado corretamente antes de conectá-lo. O cabo tem uma faixa vermelha para indicar o fio 1 e o disco rígido usa marcadores de uma forma ou de outra para indicar o pino 1 correspondente.
Discos rígidos IDE/ATA são bastante padronizados em termos de jumpers. Normalmente, há apenas algumas configurações de jumpers e elas não variam muito de unidade para unidade. Aqui estão as configurações de jumpers que você normalmente encontrará em um disco rígido:
Seleção de unidade: Pode haver duas unidades, mestre e escravo no mesmo canal IDE. Um jumper é normalmente usado para dizer a cada unidade se ela deve funcionar como mestre ou escravo no canal IDE.
Para uma única unidade em um canal, a maioria dos fabricantes instrui que a unidade seja ligada como mestre, enquanto alguns fabricantes, notavelmente a Western Digital, têm uma configuração separada para uma única unidade em oposição a um mestre em um canal com um escravo. Os termos mestre e escravo são enganosos, pois as unidades realmente não têm nenhuma relação operacional.
Slave Present: Algumas unidades têm um jumper adicional que é usado para informar a uma unidade configurada como master que também há uma unidade slave no canal ATA. Isso só é necessário para algumas unidades mais antigas que não suportam sinalização de canal IDE master/slave padrão.
Seleção de cabo: algumas configurações usam um cabo especial para determinar qual unidade é mestre e qual é escrava e, quando esse sistema é usado, um jumper de seleção de cabo normalmente é habilitado.
Jumper de Restrição de Tamanho: Alguns discos rígidos maiores não funcionam corretamente em computadores mais antigos que não têm um programa BIOS ou suporte a discos rígidos grandes que os reconheçam. Para contornar isso, alguns discos têm jumpers especiais que, quando definidos, farão com que eles apareçam como um tamanho menor do que realmente são para o BIOS para compatibilidade.
Por exemplo, alguns discos rígidos de 2,5 GB têm um jumper que fará com que eles apareçam como um disco rígido de 2,1 GB para um sistema que não suporta nada acima de 2,1 GB. Às vezes, eles também são chamados de jumpers de limitação de capacidade e variam de fabricante para fabricante.
Exemplo de configuração de jumper de um modelo de disco rígido Seagate Technology
Os discos rígidos SCSI têm controladores mais sofisticados do que os discos rígidos IDE/ATA, portanto, os SCSI geralmente têm muito mais jumpers que podem ser configurados para controlar sua operação. Eles também tendem a variar muito mais de fabricante para fabricante e de modelo para modelo no número e tipos de jumpers que possuem.
Normalmente, os seguintes são os jumpers de unidades SCSI mais comuns e importantes:
ID do dispositivo SCSI: Cada dispositivo em um barramento SCSI deve ser identificado exclusivamente para fins de endereçamento. Unidades SCSI estreitas terão um conjunto de três jumpers que podem ser usados para atribuir ao disco um número de ID de 0 a 7. Unidades SCSI largas terão quatro jumpers para habilitar números de ID de 0 a 15. Alguns sistemas não usam jumpers para configurar IDs de dispositivos SCSI.
Jumpers de unidades SCSI
Termination Activate: Os dispositivos nas extremidades do barramento SCSI devem terminar o barramento para que ele funcione corretamente. Se o disco rígido estiver no final do barramento, a configuração deste jumper fará com que ele termine o barramento para operação adequada. Nem todas as unidades suportam terminação.
Desabilitar Início Automático: Se presente, este jumper dirá à unidade para não girar automaticamente quando a energia for aplicada, mas em vez disso esperar por um comando de inicialização pelo barramento SCSI. Isso geralmente é feito para evitar carga excessiva de inicialização na fonte de alimentação. Alguns fabricantes invertem o sentido deste jumper; eles desabilitam a inicialização por padrão e fornecem um jumper Habilitar Início Automático.
Delay Auto Start: Este jumper diz ao drive para iniciar automaticamente, mas esperar um número predefinido de segundos a partir do momento em que a energia é aplicada. Ele também é usado para compensar a carga de inicialização do motor em sistemas com muitos drives.
Stagger Spin: Quando um sistema com muitos discos rígidos tem essa opção definida para cada unidade, os drives escalonam seu tempo de inicialização multiplicando uma constante definida pelo usuário vezes seu ID de dispositivo SCSI. Isso garante que nenhum dos dois drives no mesmo canal SCSI inicializará simultaneamente.
Estreito ou largo: algumas unidades têm um jumper para controlar se funcionarão no modo estreito ou largo.
Forçar SE: permite que unidades SCSI Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ ou outras LVD sejam forçadas a usar operação single-ended (SE) em vez de LVD (diferencial de baixa tensão).
Desabilitar paridade: desativa a verificação de paridade no barramento SCSI, para compatibilidade com adaptadores host que não suportam os recursos.
Isso não é tudo. Muitas unidades SCSI têm alguns recursos especiais adicionais que são habilitados por meio de mais jumpers. Algumas unidades substituíram alguns de seus jumpers por comandos de software enviados pela interface SCSI.
Placa lógica
Os novos discos rígidos foram introduzidos com muitos recursos e velocidade mais rápida e o desenvolvimento ainda está em andamento. Para controlar todas essas funções e fornecer os recursos de alto desempenho do disco de forma avançada, como se espera, todos os discos rígidos modernos são feitos com uma placa de circuito inteligente integrada à unidade de disco rígido. Esta placa de circuito é chamada de Placa Lógica de Disco Rígido. Uma placa lógica usa seus seguintes componentes importantes para fornecer uma variedade de funções e recursos a um disco rígido:
- Circuito de controle
- Circuitos de Detecção, Amplificação e Conversão
- Hardware de interface
- Firmware
- Controle de Comando Múltiplo e Reordenação
Ambas as duas interfaces mais comuns e populares hoje para discos rígidos de PC IDE (Integrated Drive Electronics) e SCSI (Small Computer Systems Interface) usam controladores integrados . O nome mais correto para a interface IDE é AT Attachment ou ATA (Advanced Technology Attachment). Os discos rígidos modernos têm uma placa lógica muito sofisticada que contém mais memória e processadores internos mais rápidos do que um PC inteiro, mesmo de meados da década de 1980.
A placa lógica executa várias funções importantes do que antes. Portanto, os circuitos lógicos precisam ser mais poderosos, para lidar com mudanças como translação de geometria, recursos avançados de confiabilidade, tecnologias de cabeça mais complicadas, interfaces mais rápidas e streaming de dados de maior largura de banda do próprio disco.
A placa lógica interna de um disco rígido contém um microprocessador e memória interna, e outras estruturas e circuitos que controlam o que acontece dentro do drive. Algumas das funções mais importantes do circuito de controle do drive são as seguintes:
- Controlar o motor do fuso, incluindo garantir que o fuso funcione na velocidade correta.
- Controlar o movimento do atuador para várias trilhas.
- Gerenciando todas as operações de leitura e gravação.
- Implementando recursos de gerenciamento de energia.
- Lidando com tradução de geometria.
- Gerenciando o cache interno e recursos de otimização, como pré-busca.
- Coordenar e integrar as outras funções mencionadas nesta seção, como o fluxo de informações pela interface do disco rígido, otimizar múltiplas solicitações, converter dados de e para o formato que as cabeças de leitura/gravação exigem, etc.
- Implementando todos os recursos avançados de desempenho e confiabilidade.
Os discos rígidos modernos têm microprocessadores internos e a maioria deles também tem software interno que os executa. Essas rotinas executam a lógica de controle e fazem a unidade funcionar. Na verdade, isso não é realmente software no sentido convencional, porque essas instruções são incorporadas na memória somente leitura. Esse código é análogo ao BIOS do sistema, rotinas de controle de baixo nível baseadas em hardware, incorporadas na ROM. Geralmente é chamado de firmware.
Esta é a razão pela qual às vezes o Firmware é chamado de elo do meio entre hardware e software. Em muitas unidades, o firmware pode ser atualizado sob controle de software.
Cache e circuitos de cache
A função do cache integrado (também frequentemente chamado de buffer) de um disco rígido é atuar como um buffer entre um dispositivo relativamente rápido e um relativamente lento. Para discos rígidos, o cache é usado para armazenar os resultados de leituras recentes do disco e também para pré-buscar informações que provavelmente serão solicitadas em um futuro próximo, por exemplo, o setor ou setores imediatamente após o que acabou de ser solicitado.
Assim, o propósito deste cache não é diferente de outros caches usados no PC, embora normalmente não seja considerado parte da hierarquia regular de cache do PC. Você deve sempre ter em mente que quando alguém fala genericamente sobre um cache de disco, geralmente não está se referindo a esta pequena área de memória dentro do disco rígido, mas sim a um cache de memória do sistema reservado para acessos de buffer ao sistema de disco.
O uso de cache melhora o desempenho de qualquer disco rígido, reduzindo o número de acessos físicos ao disco em leituras repetidas e permitindo que os dados sejam transmitidos do disco sem interrupção quando o barramento estiver ocupado. A maioria dos discos rígidos modernos tem entre 512 KB e 2 MB de memória cache interna, até mesmo algumas unidades SCSI de alto desempenho têm até 16 MB também.
O cache de um disco rígido é importante devido à grande diferença nas velocidades do disco rígido e da interface do disco rígido. Encontrar um pedaço de dados no disco rígido envolve posicionamento aleatório e incorre em uma penalidade de milissegundos conforme o atuador do disco rígido é movido e o disco gira em torno do eixo. É por isso que os discos rígidos têm buffers internos.
O princípio básico por trás da operação de um cache simples é direto. A leitura de dados do disco rígido é geralmente feita em blocos de vários tamanhos, não apenas um setor de 512 bytes por vez. O cache é dividido em segmentos ou pedaços, cada um dos quais pode conter um bloco de dados.
Quando uma solicitação é feita para dados do disco rígido, o circuito de cache é primeiro consultado para ver se os dados estão presentes em algum dos segmentos do cache. Se estiverem presentes, eles são fornecidos à placa lógica sem que seja necessário acesso aos pratos do disco rígido. Se os dados não estiverem no cache, eles são lidos do disco rígido, fornecidos ao controlador e então colocados no cache no caso de serem solicitados novamente.
Como o cache é limitado em tamanho, há apenas uma quantidade limitada de dados que podem ser mantidos antes que os segmentos precisem ser reciclados. Normalmente, o dado mais antigo é substituído pelo mais novo. Isso é chamado de cache circular, primeiro a entrar, primeiro a sair (FIFO) ou wrap-around.
Em um esforço para melhorar o desempenho, a maioria dos fabricantes de discos rígidos hoje implementou melhorias em seus circuitos de gerenciamento de cache, especialmente em unidades SCSI de última geração:
Segmentação Adaptativa: Caches convencionais são cortados em vários segmentos de tamanhos iguais. Como solicitações podem ser feitas para blocos de dados de tamanhos diferentes, isso pode levar a que parte do armazenamento do cache em alguns segmentos seja deixado de lado e, portanto, desperdiçado. Muitas unidades mais novas redimensionam dinamicamente os segmentos com base em quanto espaço é necessário para cada acesso, para garantir maior utilização. Também pode alterar o número de segmentos. Isso é mais complexo de lidar do que segmentos de tamanho fixo e pode resultar em desperdício se o espaço não for gerenciado adequadamente.
Pre-Fetch: A lógica de cache de uma unidade, com base na análise de padrões de acesso e uso da unidade, tenta carregar em parte dos dados de cache que ainda não foram solicitados, mas que ela prevê que serão solicitados em breve. Normalmente, isso significa carregar dados adicionais além daqueles que acabaram de ser lidos do disco, já que é estatisticamente mais provável que sejam solicitados em seguida. Quando feito corretamente, isso melhorará o desempenho até certo ponto.
Controle do Usuário: Unidades de ponta implementaram um conjunto de comandos que permite ao usuário controle detalhado da operação do cache da unidade. Isso inclui deixar o usuário habilitar ou desabilitar o cache, definir o tamanho dos segmentos, ligar ou desligar a segmentação adaptável e a pré-busca, etc.
Embora o buffer interno esteja obviamente melhorando o desempenho, ele também tem limitações. Ajuda muito pouco se você estiver fazendo muitos acessos aleatórios a dados em diferentes partes do disco, porque se o disco não carregou um pedaço de dados recentemente no passado, ele não estará no cache.
O buffer também é de pouca ajuda se você estiver lendo uma grande quantidade de dados do disco, porque normalmente ele será muito pequeno se você estiver copiando um arquivo de 50 MB. Por exemplo, em um disco típico com um buffer de 512 bytes, uma parte muito pequena do arquivo pode estar no buffer e o restante deve ser lido do próprio disco.
Devido a essas limitações, o cache não tem tanto impacto no desempenho geral do sistema quanto você pode pensar. O quanto ele ajuda depende do seu tamanho até certo ponto, mas pelo menos tanto da inteligência de seus circuitos; assim como a lógica geral do disco rígido. E assim como a lógica geral, é difícil determinar em muitos casos exatamente como é a lógica do cache em uma determinada unidade. No entanto, o tamanho do cache do disco é importante para seu impacto geral na melhoria do desempenho do sistema.
O cache de leituras do disco rígido e o cache de gravações no disco rígido são semelhantes em alguns aspectos, mas muito diferentes em outros. Eles são os mesmos em seu objetivo geral, que é desacoplar o computador rápido da mecânica lenta do disco rígido. A principal diferença é que uma gravação envolve uma alteração no disco rígido, enquanto uma leitura não.
Sem cache de gravação, cada gravação no disco rígido envolve um impacto no desempenho enquanto o sistema espera que o disco rígido acesse o local correto no disco rígido e grave os dados. Isso leva pelo menos 10 milissegundos na maioria das unidades, o que é muito tempo no mundo dos computadores e realmente diminui o desempenho enquanto o sistema espera pelo disco rígido. Esse modo de operação é chamado de cache de gravação.
Quando o cache de gravação está habilitado e o sistema envia uma gravação para o disco rígido, o circuito lógico registra a gravação em seu cache muito mais rápido e então imediatamente envia de volta um reconhecimento para o sistema operacional para conclusão do processo. O resto do sistema pode então prosseguir sem ter que ficar sentado esperando o atuador se posicionar e o disco girar, e assim por diante. Isso é chamado de cache de gravação, porque os dados são armazenados no cache e somente gravados de volta nos pratos mais tarde. A funcionalidade de gravação melhora o desempenho, é claro.
Como a memória cache é volátil, se a energia acabar, seu conteúdo será perdido. Se houver alguma gravação pendente no cache que ainda não foi gravada no disco, ela desaparecerá para sempre e o resto do sistema não tem como saber disso porque quando é informado pelo disco rígido como a conclusão. Portanto, não apenas alguns dados são perdidos, mas também o sistema nem sabe quais dados, ou mesmo que isso aconteceu. O resultado final pode ser problemas de consistência de arquivo, corrupção do sistema operacional e assim por diante. Devido a esse risco, em algumas situações, o cache de gravação não é usado.
Isso é especialmente verdadeiro para aplicações onde a alta integridade de dados é crítica. Devido à melhoria no desempenho que o cache de gravação oferece, no entanto, ele está sendo cada vez mais usado apesar do risco, e o risco está sendo mitigado através do uso de tecnologia adicional.
A técnica mais comum é simplesmente garantir que a energia não acabe. Para maior tranquilidade, melhores drives que empregam cache de gravação têm um recurso de descarga de gravação que diz ao drive para gravar imediatamente no disco quaisquer gravações pendentes em seu cache. Este é um comando que normalmente seria enviado antes que as baterias do UPS acabassem se uma interrupção de energia fosse detectada pelo sistema ou logo antes do sistema ser desligado por qualquer outro motivo.
Geometria de disco rígido de baixo nível
Quando dizemos geometria de disco rígido de baixo nível, não nos preocupamos muito em conhecer o circuito físico do disco. Aqui, vamos discutir os termos com os quais vamos lidar agora para entender a solução de problemas de disco e a programação de recuperação de dados acima depois.
A geometria de baixo nível do disco rígido geralmente se refere aos seguintes termos:
- Acompanhar
- Cilindro
- Setor
- Cabeça ou Lado
Geometria de disco rígido de baixo nível
Os pratos de um disco rígido têm dois lados para gravar os dados. Cada superfície do prato tem círculos concêntricos invisíveis, que são escritos na superfície como informação magnética durante a formatação do disco rígido. Esses círculos são chamados de trilhas. Todas as informações armazenadas em um disco rígido são gravadas em trilhas. As trilhas são numeradas, começando de 0, começando na parte externa do prato e aumentando conforme você entra.
Sobre o número máximo de trilhas e cilindros, discutiremos em detalhes nos próximos capítulos. No entanto, por enquanto, podemos obter o conhecimento da geometria física de baixo nível dos números máximos de Cilindros, Trilhas, Cabeças (lados) e setores.
| Nome |
Começar de |
Limite final |
Número total |
| Cilindros |
0 |
1023 |
1024 |
| Cabeças |
0 |
255 |
256 |
| Setores |
1 |
63 |
63 |
Na superfície do prato de um disco rígido, os dados são acessados movendo as cabeças da parte interna para a externa do disco. Essa organização de dados permite fácil acesso a qualquer parte do disco, razão pela qual os discos são chamados de dispositivos de armazenamento de acesso aleatório.
Trilha de geometria de disco rígido de baixo nível
Cada trilha pode conter milhares de bytes de dados e geralmente esse armazenamento é maior que 5000 bytes. Portanto, se fizermos de uma trilha a menor unidade de armazenamento no disco, será desperdício de espaço em disco, porque ao fazer isso, os arquivos pequenos com tamanho menor que 5000 bytes desperdiçarão a quantidade de espaço e geralmente é bem possível ter vários arquivos no disco que são muito menores que esse tamanho.
Dessa forma, fazer de uma trilha a menor unidade de armazenamento fará com que os arquivos pequenos desperdicem uma grande quantidade de espaço. Portanto, cada trilha é dividida em unidades menores chamadas setores. O tamanho de cada setor é de 512 bytes, ou seja, um setor pode conter 512 bytes de informação.
Assim, a unidade básica de armazenamento de dados em um disco rígido é o setor. O nome setor se refere a uma seção angular em forma de torta de um círculo, delimitada em dois lados por raios e o terceiro pelo perímetro do círculo. Você pode ver uma figura lógica representando setores em uma trilha dada a seguir.
Assim, em um disco rígido contendo trilhas circulares concêntricas, esse formato definiria um setor de cada trilha da superfície do prato que ele interceptou. Isso é o que é chamado de setor no mundo do disco rígido, um pequeno segmento ao longo do comprimento de uma trilha.
De acordo com o padrão, cada setor de um disco rígido pode armazenar 512 bytes de dados do usuário. No entanto, na verdade, o setor contém muito mais do que 512 bytes de informação. Bytes adicionais são necessários para estruturas de controle e outras informações necessárias para gerenciar a unidade, localizar dados e executar outras funções de suporte.
Os detalhes exatos de como um setor é estruturado dependem do modelo de drive e do fabricante. No entanto, o conteúdo de um setor geralmente inclui os seguintes elementos gerais:
Informações de ID: Convencionalmente, o espaço é deixado em cada setor para identificar o número e a localização do setor. Isso é usado para localizar o setor no disco e também inclui informações de status sobre o setor nesta área. Por exemplo, um bit é comumente usado para indicar se o setor foi marcado como defeituoso e remapeado.
Campos de sincronização: são usados internamente pelo controlador da unidade para orientar o processo de leitura.
Dados: Os dados reais do setor.
Códigos de correção de erros (ECC): códigos de correção de erros são usados para garantir a integridade dos dados.
Lacunas: Lacunas são basicamente um ou mais espaçadores adicionados conforme necessário para separar outras áreas do setor ou fornecer tempo para o controlador processar o que leu antes de ler mais bits.
Além dos setores, cada um contendo os itens descritos, o espaço em cada trilha também é usado para informações de servo. A quantidade de espaço ocupado por cada setor para itens de overhead é importante, porque quanto mais bits usados para esse gerenciamento, menos no geral pode ser usado para dados.
Esta é a razão pela qual os fabricantes de discos rígidos se esforçam para reduzir a quantidade de informações de dados não-usuários que devem ser armazenadas no disco. A porcentagem de bits em cada disco que são usados para dados, em oposição a outras coisas descritas antes, é conhecida como eficiência de formato. Portanto, a maior eficiência de formato é um recurso esperado de uma unidade.
Na abordagem mais recente para obter maior eficiência de formato atualmente, os campos de ID são removidos do formato de setor e, em vez de rotular cada setor dentro do cabeçalho do setor, um mapa de formato é armazenado na memória e referenciado quando um setor deve ser localizado.
Este mapa também contém informações sobre os setores que foram marcados como ruins e realocados onde os setores estão em relação à localização das informações do servo e assim por diante. Esta abordagem não apenas melhora a eficiência do formato, permitindo que até 10% mais dados sejam armazenados na superfície de cada prato, mas também melhora o desempenho. Como essas informações críticas de posicionamento estão presentes na memória de alta velocidade, elas podem ser acessadas muito mais rapidamente.
Estrutura do circuito físico das unidades de disco rígido hdd
Cada prato do disco rígido usa duas cabeças (exceto alguns casos especiais) para gravar e ler dados, uma para a parte superior do prato e uma para a parte inferior. As cabeças que acessam os pratos são travadas juntas em um conjunto de braços de cabeça, portanto, todas as cabeças se movem para dentro e para fora juntas, de modo que cada cabeça está sempre fisicamente localizada no mesmo número de trilha.
Esta é a razão pela qual não é possível ter uma cabeça na pista 0 e outra na pista 1.000. Devido a este arranjo, frequentemente a localização da pista das cabeças não é referida como um número de pista, mas sim como um número de cilindro.
Um cilindro é basicamente o conjunto de todas as trilhas em que todas as cabeças estão localizadas atualmente. Se um disco tem quatro pratos, em geral ele teria oito cabeças. Agora, suponha que ele tenha cilindros número 720.
Estrutura geométrica do circuito físico do cilindro do disco rígido
Ele seria composto por oito conjuntos de trilhas, uma por superfície do prato, com trilhas de número 720. O nome vem do fato de que essas trilhas formam um cilindro esquelético, pois são círculos de tamanhos iguais empilhados um sobre o outro no espaço, conforme mostrado na figura fornecida anteriormente.
O endereçamento dos fatores do disco é tradicionalmente feito referindo-se a cilindros, cabeças e setores (CHS).
Formatação
Cada mídia de armazenamento deve ser formatada antes de poder ser usada. Os utilitários usados para formatação se comportam de forma diferente quando agem em discos rígidos do que quando usados para disquetes. A formatação de um disco rígido envolve as seguintes etapas:
Particionamento:
Esse processo divide o disco em partes lógicas que atribuem diferentes volumes de disco rígido ou letras de unidade.
O particionamento de disco rígido é um dos métodos mais eficazes disponíveis para organizar discos rígidos. As partições fornecem um nível mais geral de organização do que diretórios e arquivos. Elas também oferecem maior segurança ao separar dados de sistemas operacionais e aplicativos.
Partições permitem que você separe arquivos de dados, que devem ser copiados regularmente de arquivos de programa e sistema operacional. O particionamento se torna uma necessidade para o disco rígido se você estiver disposto a carregar mais de um sistema operacional no disco, caso contrário, na maioria dos casos, é possível que você perca seus dados.
O primeiro setor de qualquer disco rígido contém uma tabela de partição. Esta tabela de partição só tem espaço para descrever quatro partições. Elas são chamadas de partições primárias. Uma dessas partições primárias pode apontar para uma cadeia de partições adicionais. Cada partição nesta cadeia é chamada de partição lógica. Discutiremos os princípios básicos da partição com abordagem lógica em detalhes, nos próximos capítulos.
Formatação de alto nível:
Ele define as estruturas lógicas na partição e coloca no início do disco quaisquer arquivos necessários do sistema operacional. Esta etapa também é um comando de nível de sistema operacional.
O comando FORMAT do DOS que é FORMAT.COM , se comporta de forma diferente quando é usado em um disco rígido do que quando é usado em um disquete. Os disquetes têm geometria simples e padrão e não podem ser particionados, então o comando FORMAT é programado para formatar automaticamente um disquete de baixo nível e alto nível, se necessário, mas no caso de discos rígidos, FORMAT fará apenas uma formatação de alto nível.
Quando completamos a formatação de baixo nível, temos um disco com trilhas e setores, mas nada escrito neles. A formatação de alto nível é o processo de escrever as estruturas do sistema de arquivos no disco que permitem que o disco seja usado para armazenar programas e dados.
Se você estiver usando DOS, o comando FORMAT (ou seja, FORMAT.COM) faz o trabalho, gravando estruturas como tabelas de alocação de arquivos de registro de inicialização do DOS e diretórios raiz no disco. A formatação de alto nível é realizada após o disco rígido ser particionado.
Capacidade de armazenamento formatada e não formatada
A capacidade total de um disco rígido depende se você está considerando uma capacidade formatada ou não formatada. Parte do espaço no seu disco rígido é ocupado por informações de formatação, que marcam o início e o fim dos setores, ECC (códigos de correção de erros) e outras informações de serviço. Por esse motivo, a diferença pode ser bastante significativa.
Em unidades mais antigas, que normalmente eram formatadas em baixo nível pelo usuário, o tamanho geralmente era listado em unidades de capacidade não formatada.
Por exemplo, veja o Seagate ST-412, o primeiro disco rígido usado no IBM PC/XT original no início da década de 1980. O "12" neste número de modelo se refere à capacidade não formatada da unidade de 12,76 MB. O disco formatado tem, na verdade, uma capacidade de 10,65 MB.
A capacidade não formatada de um disco rígido é normalmente 19% (19 por cento) maior que sua capacidade formatada. Como ninguém pode usar uma unidade não formatada, a única coisa que importa é a capacidade formatada, e é por isso que as unidades modernas são sempre formatadas em baixo nível pelos fabricantes.
A capacidade do disco rígido pode ser expressa das quatro maneiras a seguir:
- Capacidade formatada em milhões de bytes
- Capacidade formatada em megabytes
- Capacidade não formatada em milhões de bytes
- Capacidade não formatada em megabytes
Agora, se eu tiver um disco rígido com C–H–S = 1024*63*63 (isso significa que o disco tem número de cilindros = 1024, número de cabeças ou lados = 63, número de setores por trilha = 63) e cada setor tem 512 bytes. A fórmula que calculará o tamanho do disco é a seguinte:
Tamanho total do disco (bytes) = (cilindros) X (cabeças) X (setores) X (bytes por setor) |
De acordo com esta fórmula, quando calculamos o tamanho deste disco rígido em bytes, ele será igual a
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 bytes
Agora, se eu calcular o tamanho do meu disco em milhões de bytes, ele será aproximadamente
= 2080,899072
~ 2081 milhões de bytes
Tradicionalmente, o tamanho em milhões de bytes é denotado como M. Portanto, o tamanho do meu disco em milhões de bytes é aproximadamente 2081 M.
Mas quando especifico a capacidade do meu disco rígido em megabytes, será algo como 1985 e será escrito como 1985 Meg.
Portanto, a fórmula geral para calcular a capacidade do disco em milhões de bytes seria:
E a fórmula geral para calcular a capacidade do disco em Megabytes ficará assim:
