Capítulo – 2
Introdução de discos rígidos
Introdução
No mundo atual dos computadores, 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, bem como um dos componentes mais interessantes do computador.
Será muito difícil para os usuários de computadores modernos sequer considerar como seria a vida do computador sem os discos rígidos, já que a maioria de nós hoje armazena bilhões de bytes de informações em nossos computadores.
Nos primeiros computadores não havia armazenamento. Cada vez que você quisesse executar um programa, você teria que entrar no programa manualmente. Mais do que isso, tornou impossível a maior parte do que hoje consideramos computação, pois não havia uma maneira fácil de fazer um computador trabalhar com os mesmos dados repetidamente. Rapidamente se percebeu 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 era, na verdade, o papel. Programas e dados foram gravados usando furos perfurados em fita de papel ou cartões perfurados. Um leitor especial usava um feixe de luz para escanear os cartões ou a fita.
Onde foi encontrado um buraco, lia-se um "1", e onde o papel bloqueava o sensor, um "0" ou vice-versa.
Embora tenha sido uma grande melhoria em relação a nada, esses cartões ainda eram muito inconvenientes de usar. Basicamente, você tinha que escrever todo o programa do zero no papel, e fazê-lo funcionar em sua mente antes de começar a tentar colocá-lo nos cartões, porque se você cometesse um erro, teria que refazer muitos dos cartões. Foi muito difícil visualizar com o que você estava trabalhando.
O próximo grande avanço em relação ao papel foi a criação da fita magnética. Gravando informações de forma semelhante à forma como o áudio é gravado em uma fita, essas fitas magnéticas eram muito mais flexíveis, duráveis e mais 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, eles eram o armazenamento primário de alguns computadores. Sua principal desvantagem é que eles devem ser lidos linearmente; pode levar minutos para mover de uma extremidade da fita para a outra, tornando o acesso aleatório impraticável.
Bem, voltando ao nosso tópico. A IBM apresentou o primeiro disco rígido que seria viável para desenvolvimento comercial. Não era como unidades de disco que são usadas hoje em dia. Eles usavam tambores cilíndricos rotativos, nos quais os padrões magnéticos de dados eram armazenados. Os tambores eram grandes e difíceis de trabalhar. Os primeiros discos rígidos verdadeiros tinham as cabeças do disco rígido em contato com a superfície do disco. Isso foi feito para permitir que a eletrônica de baixa sensibilidade da época pudesse ler melhor os campos magnéticos na superfície do disco, mas as técnicas de fabricação naquela época não eram tão sofisticadas quanto agora, e não era possível obter a superfície do disco tão lisa quanto era necessário permitir que a cabeça deslizasse suavemente sobre a superfície do disco em alta velocidade enquanto estava em contato com ele. Com o tempo, as cabeças se desgastariam ou desgastariam o revestimento magnético na superfície do disco.
Como uma descoberta crítica da nova tecnologia da IBM em que o contato com a superfície do disco não era necessário, ocorreu tornou-se a base dos discos rígidos modernos. O primeiro disco rígido deste tipo foi o IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) introduzido em 13 de setembro de 1956. Este disco rígido poderia armazenar cinco milhões de caracteres que eram aproximadamente cinco megabytes com a taxa de transferência de dados de 8.800 bytes por segundo.
Em 1962, a IBM introduziu o modelo 1301 Advanced Disk File. O principal avanço desta unidade de disco foi a criação de cabeças que flutuavam, ou voavam, acima da superfície do disco em um rolamento de ar, reduzindo a distância das cabeças à superfície dos discos de 800 para 250 micro polegadas.
Em 1973, a IBM introduziu o drive de disco modelo 3340, que é comumente considerado o pai do disco rígido moderno que tinha dois eixos separados, um permanente e outro removível, cada um com capacidade de 30 MB. O modelo 3370 da IBM introduzido em 1979 foi o primeiro disco com cabeças de filme fino. No mesmo ano, a IBM lançou o modelo 3310, que é a primeira unidade de disco com pratos de 8", muito reduzido em tamanho em relação aos 14" que eram o padrão há mais de uma década.
O primeiro disco rígido projetado no formato de 5,25" usado nos primeiros PCs foi o Seagate ST-506. Ele apresentava quatro cabeças e uma capacidade de 5 MB. A IBM ignorou 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 utilizado no mundo do PC e compatível com PC.
No ano de 1983, a Rodime lançou o RO352, o primeiro drive de disco a usar o formato de 3,5", que se tornou um dos padrões mais importantes da indústria. Em 1985, a Quantum lançou o Hardcard, um disco rígido de 10,5 MB montado em um ISA placa de expansão para PCs que foram originalmente construídos sem disco rígido.
Em 1986, a Conner Peripherals introduziu o CP340. Foi a primeira unidade de disco a usar um atuador de bobina de voz. No ano de 1988, a Conner Peripherals introduziu o CP3022, que foi o primeiro drive de 3,5" a usar a altura reduzida de 1" agora chamada de "low profile" e o padrão para drives modernos de 3,5". travessas. Em 1990 a IBM apresentou o modelo 681 (Redwing), um drive de 857 MB. Foi o primeiro a usar cabeças de RM e PRML.
A unidade de mainframe "Pacifica" da IBM, lançada em 1991, é a primeira a substituir a mídia de óxido por mídia de filme fino na superfície do prato. No mesmo ano, o 1820 da Integral Peripherals é o primeiro disco rígido com pratos de 1,8", mais tarde usado para unidades de disco PC-Card. No ano de 1992, a Hewlett Packard lançou o C3013A, que é o primeiro disco de 1,3".
Há uma série de desenvolvimentos que ocorreram na história dos discos rígidos para dar o design atual, desempenho de forma e capacidades aos discos atuais. Estes são difíceis de contar em detalhes neste livro.
Componentes do disco rígido
Um disco rígido possui os seguintes componentes principais:
- Discos e mídia
- Ler/Gravar Cabeçalhos
- Sliders de cabeça, braços e atuador
- Motor do eixo do disco rígido
- Conectores e jumpers
- Placa lógica
- Cache e circuitos de cache
Componentes do disco rígido
Pratos de disco e mídia
Cada disco rígido usa uma ou mais (geralmente mais de uma) rodada,discos 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 prato 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 realmente retém os impulsos magnéticos que representam os dados.
A qualidade dos pratos e, principalmente, o revestimento da mídia é fundamental. O tamanho dos pratos no disco rígido é o principal determinante de suas dimensões físicas gerais, também geralmente chamado de fator de forma da unidade; a maioria das unidades é produzida em um dos vários formatos de disco rígido padrão.
Às vezes, os discos rígidos são referidos por uma especificação de tamanho. Se alguém tiver um disco rígido de 3,5 polegadas, isso significa que 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 pol., mas hoje em dia o tamanho de disco rígido mais comum é 3,5 pol..
As unidades de laptop geralmente são menores, devido ao tamanho pequeno esperado e ao menor peso. Os pratos nessas unidades geralmente têm 2,5" de diâmetro ou menos; 2,5" é o formato padrão, mas unidades com pratos de 1,8" e até 1,0" estão se tornando mais comuns em equipamentos móveis.
Embora as unidades estendam os pratos para o máximo possível da largura do pacote de unidade física, para maximizar a quantidade de armazenamento que eles podem empacotar na unidade, a tendência geral é para pratos menores. Existem 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 da cabeça deve mover as cabeças de um lado para o outro para realizar buscas aleatórias. Isso melhora o tempo de busca e torna as leituras e gravações aleatórias mais rápidas.
Os eixos de disco rígido mais recentes estão aumentando por motivos de desempenho de velocidade. Pratos menores são mais fáceis de girar e exigem motores menos potentes, bem como mais rápidos para girar até a velocidade de uma posição parada.
O menor tamanho de prato de disco rígido disponível hoje tem 1" de diâmetro. A incrível unidade Micro da IBM tem um único prato e foi projetada para caber em câmeras digitais, agendas pessoais e outros equipamentos pequenos. O tamanho minúsculo dos pratos permite que o Micro drive para descarregar a energia da bateria, diminuir a rotação e fazer backup novamente em menos de um segundo.
Do ponto de vista da engenharia, mais pratos também significam mais massa e, portanto, uma resposta mais lenta aos comandos para iniciar ou parar o inversor. Isso pode ser compensado com um motor de eixo mais forte, mas isso leva a outras compensações.
Na verdade, a tendência recente tem sido no sentido de unidades com menos braços e bandejas de cabeça, não mais. A densidade de área continua a aumentar, permitindo a criação de grandes drives sem usar muitos pratos. Isso permite que os fabricantes reduzam a contagem de pratos para melhorar o tempo de busca sem criar unidades muito pequenas para o mercado.
O formato 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. Acionamentos com muitos pratos são mais difíceis de projetar devido ao aumento da massa da unidade do fuso, à necessidade de alinhar perfeitamente todos os acionamentos 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 formato padrão de 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. É claro que os engenheiros estão trabalhando constantemente para reduzir a quantidade de espaço necessário 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 apoiar a camada de mídia. Para ser adequado, um material de substrato deve ser rígido, fácil de trabalhar, leve, estável, magneticamente inerte, barato e prontamente disponível. Tradicionalmente, o material mais usado para fazer travessas é uma liga de alumínio, que atende a todos esses critérios.
Devido à forma 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 compósitos feitos com vidro sejam o próximo padrão para o substrato do prato. Em comparação com as travessas de alumínio, as travessas de vidro têm várias vantagens:
- Melhor qualidade:
- Rigidez melhorada:
- Pratos mais finos:
- Estabilidade térmica:
Uma desvantagem do vidro em relação ao alumínio é a fragilidade, principalmente quando muito fino.
O material de 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.
Os discos rígidos mais antigos usavam mídia de óxido. O meio de óxido é barato de usar, mas também tem várias deficiências importantes. A primeira é que é um material macio e facilmente danificado pelo contato de um cabeçote 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 procuravam empacotar 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 projetos mais recentes .
Os discos rígidos atuais usam mídia de filme fino. A mídia de filme fino consiste em uma camada muito fina de material magnético aplicado à superfície dos pratos. Técnicas especiais de fabricação são empregadas para depositar o material de mídia nos pratos.
Em comparação com a mídia de óxido, a mídia de filme fino é muito mais uniforme e suave. Ele também possui propriedades magnéticas muito superiores, permitindo armazenar 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. Além disso, é adicionada uma camada lubrificante superfina. Esses materiais são usados para proteger o disco contra danos causados por contato acidental dos cabeçotes ou outros materiais estranhos que possam 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, em seguida, reverter o processo quando os dados precisam ser lidos de volta. 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.
No entanto, as cabeças GMR são mais populares no disco rígido de hoje, várias tecnologias foram propostas várias vezes para cabeças de leitura/gravação:
- Cabeças de ferrite
- Cabeças de Metal-In-Gap (MIG)
- Cabeças de filme fino (TF)
- Cabeças magneto-resistivas anisotrópicas (AMR/MR)
- Cabeças magneto resistivas gigantes (GMR)
- Cabeças magneto-resistivas colossais (CMR)
As cabeças de leitura/gravação são um componente extremamente crítico na determinação do desempenho geral do disco rígido, pois desempenham um papel tão importante no armazenamento e na recuperação de dados. As novas tecnologias de cabeçote costumam ser o ponto de partida para aumentar a velocidade e o tamanho dos discos rígidos modernos, portanto, os cabeçotes de leitura/gravação são a parte mais sofisticada do disco rígido, o que por si só é uma maravilha tecnológica.
Cada bit de dados a ser armazenado é gravado no disco rígido usando um método de codificação especial que converte zeros e uns em padrões de reversões de fluxo magnético. Cada prato de disco rígido tem duas superfícies usadas para armazenar os dados em geral 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 duas 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 cabeçote está ativo em um determinado momento.
A cabeça flutua sobre a superfície do disco e faz todo o seu trabalho sem tocar fisicamente os pratos. A quantidade de espaço entre as cabeças e os pratos é chamada de altura flutuante ou altura de vôo ou folga da cabeça. Os conjuntos do cabeçote de leitura/gravação são acionados por mola usando o aço da mola dos braços do cabeçote, o que faz com que os controles deslizantes pressionem os pratos quando o disco está parado.
Isso é feito para garantir que as cabeças não se afastem dos pratos, portanto, manter uma altura de flutuação exata é essencial para a operação correta. Quando o disco gira até a velocidade de operação, a alta velocidade faz com que o ar flua sob os controles deslizantes e os levante da superfície do disco. A distância dos pratos às 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 o cabelo humano tem uma espessura de mais de 2.000 micro polegadas, por isso é tão importante manter a sujeira fora do disco rígido. É realmente incrível o quão perto da superfície dos discos as cabeças voam sem se tocar. Partícula de poeira, impressão digital mesmo uma partícula de fumaça é um grande problema para a cabeça de um disco rígido.
Estrutura de leitura e gravação da unidade de disco rígido
Quando a densidade de área de uma unidade é aumentada para melhorar a capacidade e o desempenho, os campos magnéticos ficam menores e mais fracos. Para compensar, as cabeças devem ser mais sensíveis ou a altura flutuante deve ser diminuída.
Cada vez que a altura flutuante 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 das cabeças de leitura/gravação seja perfeito e não haja poeira ou sujeira na superfície dos pratos. A vibração e o choque também se tornam mais preocupantes e devem ser compensados.
Esta é uma razão pela qual os fabricantes estão adotando pratos menores, bem como o uso de substratos de vidro. Os cabeçotes mais novos, como o GMR, são preferidos porque permitem uma altura de vôo mais alta do que os cabeçotes mais antigos e menos sensíveis, tudo o mais sendo igual.
Acidente 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 entrar em contato com a mídia no disco rígido em determinadas circunstâncias. Normalmente, os cabeçotes só entram em contato com a superfície quando o inversor está iniciando ou parando.
Um disco rígido moderno gira 100 vezes por segundo. Se os cabeçotes entrarem em contato com a superfície do disco enquanto ele estiver em velocidade operacional, o resultado pode ser perda de dados, danos aos cabeçotes, danos à superfície do disco o disco, ou todos os três. Isso geralmente é chamado de queda de cabeça, duas das palavras mais assustadoras para qualquer usuário de computador. As causas mais comuns de falhas no cabeçote são a contaminação que fica presa no espaço estreito entre o cabeçote e o disco e o choque aplicado ao disco rígido enquanto ele está em operação.
Estacionamento principal
Quando os pratos não estão girando, as cabeças repousam na superfície do disco. Quando os pratos giram, as cabeças esfregam ao longo da superfície dos pratos até ganhar velocidade suficiente para que eles decolem e flutuem em sua almofada de ar. Quando a unidade é girada para baixo, o processo é repetido no sentido inverso. Em ambos os casos, por um período de tempo, as cabeças entram em contato com a superfície do disco enquanto estão em movimento.
Embora os pratos e as cabeças sejam projetados com o conhecimento em mente de que esse contato ocorrerá, ainda faz sentido evitar que isso aconteça em uma área do disco onde há dados.
Por esta razão, a maioria dos discos reserva uma pista especial que é designada para ser onde as cabeças serão colocadas para decolagens e aterrissagens. Essa área é chamada de zona de pouso 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 possuem recursos embutidos para estacionar o cabeçote 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 naqueles dias. O utilitário instruiria o disco a mover os cabeçotes para a zona de pouso, 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 destino para o modelo específico de disco rígido. Normalmente, era a próxima faixa numerada consecutivamente acima da faixa de maior número realmente usada para dados. Unidades de disco rígido acionadas por bobina de voz modernas são todas com estacionamento automático. Não é necessário agora 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 os cabeçotes de leitura/gravação montados nas superfícies superior e inferior de cada prato, obviamente, os cabeçotes de leitura/gravação não flutuam apenas no espaço. Eles devem ser mantidos em uma posição exata em relação às superfícies que estão lendo e também devem ser movidos de pista para pista para permitir o acesso a toda a superfície do disco.
Os cabeçotes são montados em uma estrutura que facilita esse processo, muitas vezes chamada de conjunto do cabeçote ou conjunto do atuador ou conjunto do cabeçote-atuador. É composto por várias partes diferentes. As próprias cabeças são montadas em controles deslizantes de cabeça. Os controles deslizantes são suspensos sobre a superfície do disco nas extremidades dos braços da cabeça. Os braços da cabeça são todos fundidos mecanicamente em uma única estrutura que é movida ao redor da superfície do disco pelo atuador.
Slides de cabeça
Cada cabeça de disco rígido é montada em um dispositivo especial chamado controle deslizante de cabeça ou simplesmente controle deslizante. A função do controle deslizante é apoiar fisicamente a cabeça e mantê-la na posição correta em relação ao prato enquanto a cabeça flutua sobre sua superfície. As cabeças de leitura/gravação do disco rígido são muito pequenas para serem usadas sem conectá-las a uma unidade maior.
Os controles deslizantes têm um formato especial para permitir que eles deslizem com precisão sobre o prato. Como as cabeças de leitura/gravação do disco rígido foram diminuindo de tamanho, os controles deslizantes que as carregam também diminuíram. A principal vantagem do uso de pequenos controles deslizantes é que reduz o peso que deve ser puxado ao redor da superfície dos pratos, melhorando a velocidade e a precisão do posicionamento. Sliders 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.
Deslizadores de cabeça, braços e atuador
Quando os pratos do disco rígido são acessados para operações de leitura e gravação usando os cabeçotes de leitura/gravação montados nas superfícies superior e inferior de cada prato, obviamente, os cabeçotes de leitura/gravação não flutuam apenas no espaço. Eles devem ser mantidos em uma posição exata em relação às superfícies que estão lendo e também devem ser movidos de pista para pista para permitir o acesso a toda a superfície do disco.
Os cabeçotes são montados em uma estrutura que facilita esse processo, muitas vezes chamada de conjunto do cabeçote ou conjunto do atuador ou conjunto do cabeçote-atuador. É composto por várias partes diferentes. As próprias cabeças são montadas em controles deslizantes de cabeça. Os controles deslizantes são suspensos sobre a superfície do disco nas extremidades dos braços da cabeça. Os braços da cabeça são todos fundidos mecanicamente em uma única estrutura que é movida ao redor da superfície do disco pelo atuador.
Slides de cabeça
Cada cabeça de disco rígido é montada em um dispositivo especial chamado controle deslizante de cabeça ou simplesmente controle deslizante. A função do controle deslizante é apoiar fisicamente a cabeça e mantê-la na posição correta em relação ao prato enquanto a cabeça flutua sobre sua superfície. As cabeças de leitura/gravação do disco rígido são muito pequenas para serem usadas sem conectá-las a uma unidade maior.
Os controles deslizantes têm um formato especial para permitir que eles deslizem com precisão sobre o prato. Como as cabeças de leitura/gravação do disco rígido foram diminuindo de tamanho, os controles deslizantes que as carregam também diminuíram. A principal vantagem do uso de pequenos controles deslizantes é que reduz o peso que deve ser puxado ao redor da superfície dos pratos, melhorando a velocidade e a precisão do posicionamento. Sliders 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. Braços de cabeça
Os braços da cabeça são peças finas de metal, geralmente de forma triangular, nas quais os controles deslizantes da cabeça que carregam as cabeças de leitura/gravação são montados. Há um braço por cabeçote de leitura/gravação e todos eles são alinhados e montados no atuador do cabeçote para formar uma única unidade.
Isso significa que quando o atuador se move, todas as cabeças se movem juntas de forma sincronizada. Os próprios braços são feitos de um material leve e fino, para permitir que sejam movidos rapidamente das partes internas para as externas do acionamento. Os designs mais recentes substituíram os braços sólidos por formas estruturais para reduzir o peso e melhorar o desempenho.
Os acionamentos 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 esteiras seja reduzido. Uma tendência recente na indústria de discos rígidos tem sido a redução do número de pratos em várias famílias de discos. Mesmo algumas unidades emblemáticas em várias famílias agora têm apenas três ou até dois pratos, onde quatro ou cinco eram comuns há cerca de um ano.
Uma razão para essa tendência é que ter um grande número de braços de cabeça dificulta a movimentação com precisão alta o suficiente para permitir um posicionamento muito rápido em buscas aleatórias. Isso se deve ao aumento do peso no conjunto do atuador dos braços extras e também a problemas de alinhamento de todas as cabeças.
Atuador principal
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. A troca de cabeçotes é uma função eletrônica, e mudar de setor envolve esperar que o número do setor certo gire e fique sob o cabeçote. Mudar de faixa significa que as cabeças devem ser deslocadas e, portanto, garantir que esse movimento possa ser feito com rapidez e precisão 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, pois todos os braços da cabeça são movidos como uma unidade síncrona, de modo que cada braço se move para o mesmo número de trilha de seu respectivo superfície. 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 de voz é um sistema de posicionamento relativo.
Todos os discos rígidos modernos usam atuadores de bobina de voz. O atuador da bobina de voz não é apenas muito mais adaptável e insensível a problemas térmicos. 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 dos trilhos. Este sistema de feedback de circuito fechado também é 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 do fuso
O motor do eixo ou o eixo do eixo é responsável por girar os pratos do disco rígido, permitindo que o disco rígido funcione. Um motor de eixo deve fornecer energia 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 com o motor do eixo, não com os sistemas de armazenamento de dados.
O motor do eixo de um disco rígido deve ter a seguinte qualidade para durar muito e manter seus dados seguros por muito tempo:
- Ele deve ser de alta qualidade, para que possa funcionar por milhares de horas e tolerar milhares de ciclos de partida e parada, sem falhar.
- Deve funcionar suavemente e com o mínimo de vibração, devido às tolerâncias apertadas dos pratos e cabeças dentro do drive.
- Não deve gerar quantidades excessivas de calor ou ruído.
- Não deve consumir muita energia.
- Ele deve ter sua velocidade gerenciada para que gire na velocidade adequada.
Para atender a essas demandas, todos os discos rígidos de PC usam motores de eixo CC servo-controlados. Os motores do 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 fixado 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 dar espaço para os braços da cabeça. A quantidade de trabalho que o motor do fuso precisa fazer depende dos seguintes fatores:
O tamanho e o número de pratos: Pratos maiores e mais pratos em uma unidade significam mais massa para o motor girar, portanto, são necessários motores mais potentes. O mesmo vale para unidades de alta velocidade.
o Gerenciamento de energia: Hoje, os usuários desejam cada vez mais discos rígidos que girem de uma posição parada para a velocidade de operação rapidamente, o que também requer motores mais rápidos ou mais potentes.
Como nos discos rígidos mais novos, a velocidade do eixo é considerada um problema importante, também se tornou um ponto importante nos discos rígidos para controlar a quantidade de ruído, calor e vibração gerados pelos discos rígidos devido à alta velocidade do eixo.
Algumas unidades mais recentes, especialmente os modelos de 7.200 e 10.000 RPM, podem fazer muito barulho quando estão funcionando. Se possível, é uma boa idéia verificar um disco rígido em funcionamento antes de comprá-lo, para avaliar seu nível de ruído e ver se ele incomoda; isso varia muito de indivíduo para indivíduo. O ruído produzido também varia até certo ponto dependendo da unidade individual, mesmo na mesma família. O calor criado pelo motor do eixo pode eventualmente causar danos ao disco rígido, e é por isso que as unidades mais novas discos rígidos mais novos estão dando mais atenção ao 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 os jumpers comuns geralmente são impressas diretamente na unidade. As unidades de disco rígido usam um plugue de conector macho padrão de 4 pinos que pega um dos conectores de alimentação provenientes da fonte de alimentação.Este conector de plástico de 4 fios fornece +5 e +12 de tensão ao disco rígido.
Existem dois tipos de interfaces que normalmente as unidades de disco rígido modernas usam uma delas:
- IDE/ATA: Possui um conector retangular de 40 pinos.
- SCSI: um conector em forma 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 significam SCSI largo.
- 80 pinos significam SCSI amplo usando conexão de conector único (SCA).
Conectores e Jumpers
Os conectores nas 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 a inserção incorreta porque são em forma de D, isso nem sempre é o caso de outras interfaces.
Por esse motivo, é importante certificar-se de que o cabo esteja orientado da maneira correta 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.
Os discos rígidos IDE/ATA são bastante comuns em termos de jumpers. Geralmente, existem apenas algumas configurações de jumper e elas não variam muito de unidade para unidade. Aqui estão as configurações do jumper que você normalmente encontrará em um disco rígido:
Seleção de unidade: Pode haver duas unidades, mestre e escrava no mesmo canal IDE. Um jumper é normalmente usado para informar a cada unidade se ela deve funcionar como mestre ou escravo no canal IDE.
Para um único drive em um canal, a maioria dos fabricantes instrui que o drive seja jumpeado como mestre, enquanto alguns fabricantes, principalmente a Western Digital, têm uma configuração separada para um único drive em oposição a um mestre em um canal com um escravo. Os termos mestre e escravo são enganosos, pois os drives realmente não têm relação operacional.
Slave Present: Algumas unidades possuem um jumper adicional que é usado para informar a uma unidade configurada como master que também existe uma unidade escrava no canal ATA. Isso é necessário apenas para algumas unidades mais antigas que não suportam a sinalização de canal IDE mestre/escravo padrão.
Seleção de cabo: Algumas configurações usam um cabo especial para determinar qual unidade é mestre e qual é escrava e, quando este sistema é usado, um jumper de seleção de cabo normalmente é ativado.
Jumper de restrição de tamanho: Algumas unidades de disco rígido maiores não funcionam corretamente em computadores mais antigos que não possuem um programa BIOS ou suporte a disco rígido grande as reconhecem. Para contornar isso, algumas unidades têm jumpers especiais que, quando definidos, farão com que apareçam com 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. Estes 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 da Seagate Technology
Os discos rígidos SCSI têm controladores mais sofisticados do que os discos rígidos IDE/ATA, portanto, o SCSI normalmente possui 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 nos tipos de jumpers que possuem.
Normalmente, a seguir estão 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 amplas 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 drives SCSI
Ativação de terminação: 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, configurar este jumper fará com que ele termine o barramento para uma operação adequada. Nem todas as unidades suportam terminação.
Desabilitar Auto Start: Se estiver presente, este jumper informará à unidade para não girar automaticamente quando a energia for aplicada, mas aguardar um comando de inicialização pelo barramento SCSI. Isso geralmente é feito para evitar carga de inicialização excessiva na fonte de alimentação. Alguns fabricantes invertem o sentido deste jumper; eles desabilitam a inicialização por padrão e fornecem um jumper Enable Auto Start.
Atraso na inicialização automática: Este jumper informa ao inversor para iniciar automaticamente, mas aguarde um número predefinido de segundos a partir do momento em que a alimentação for aplicada. Também é usado para compensar a carga de inicialização do motor em sistemas com muitos inversores.
Rotação escalonada: Quando um sistema com muitos discos rígidos tem essa opção definida para cada unidade, as unidades escalonam seu tempo de inicialização multiplicando uma constante definida pelo usuário pelo ID do dispositivo SCSI. Isso garante que duas unidades no mesmo canal SCSI não sejam inicializadas simultaneamente.
Estreito ou Largo: Algumas unidades têm um jumper para controlar se funcionarão no modo estreito ou largo.
Force SE: permite que Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ ou outras unidades LVD SCSI sejam forçadas a usar operação de extremidade única (SE) em vez de LVD (diferencial de baixa tensão).
Desativar paridade: desativa a verificação de paridade no barramento SCSI, para compatibilidade com adaptadores de host que não suportam os recursos.
Isso não é tudo. Muitas unidades SCSI possuem 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.
Quadro lógico
As unidades de disco rígido mais recentes foram introduzidas 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 maneira avançada, todos os discos rígidos modernos são fabricados 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:
- Circuitos de controle
- Circuitos de detecção, amplificação e conversão
- Hardware de interface
- Firmware
- Controle e reordenação de vários comandos
Ambas as duas interfaces mais comuns hoje em dia 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 de meados da década de 1980.
A placa lógica desempenha várias funções importantes do que antes. Portanto, os circuitos lógicos precisam ser mais poderosos, para lidar com mudanças como tradução de geometria, recursos avançados de confiabilidade, tecnologias de cabeçote mais complicadas, interfaces mais rápidas e fluxo 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 da unidade. 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.
- Controlando o movimento do atuador para várias trilhas.
- Gerenciando todas as operações de leitura e gravação.
- Implementação de recursos de gerenciamento de energia.
- Como lidar com a tradução de geometria.
- Gerenciando o cache interno e os 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 várias solicitações, converter dados de e para a forma que as cabeças de leitura/gravação exigem, etc.
- Implementação de todos os recursos avançados de desempenho e confiabilidade.
Os discos rígidos modernos possuem microprocessadores internos e a maioria deles também possui software interno que os executa. Essas rotinas executam a lógica de controle e fazem o inversor funcionar. Na verdade, isso não é realmente software no sentido convencional, porque essas instruções são incorporadas na memória somente leitura. Este código é análogo ao BIOS do sistema, rotinas de controle baseadas em hardware de baixo nível, incorporadas na ROM. Geralmente é chamado de firmware.
Esta é a razão pela qual às vezes o Firmware é chamado de link intermediário 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 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, mesmo que normalmente não seja considerado como parte da hierarquia de cache normal do PC. Você deve sempre ter em mente que quando alguém fala genericamente sobre um cache de disco, geralmente não está se referindo a essa 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 fluam do disco sem interrupções quando o barramento estiver ocupado. A maioria dos discos rígidos modernos tem entre 512 KB e 2 MB de memória cache interna, mesmo algumas unidades SCSI de alto desempenho também têm até 16 MB.
O cache de um disco rígido é importante devido à grande diferença nas velocidades do disco rígido e da interface do disco rígido. Encontrar uma parte dos dados no disco rígido envolve posicionamento aleatório e incorre em uma penalidade de milissegundos à medida que 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 geralmente é feita em blocos de vários tamanhos e não apenas em um setor de 512 bytes por vez. O cache é dividido em segmentos ou partes, cada um dos quais pode conter um bloco de dados.
Quando é feita uma solicitação de dados do disco rígido, o circuito do cache é consultado primeiro para ver se os dados estão presentes em algum dos segmentos do cache. Se estiver presente, é fornecido à placa lógica sem que seja necessário o acesso aos pratos do disco rígido. Se os dados não estiverem no cache, eles serão lidos do disco rígido, fornecidos ao controlador e colocados no cache no caso de serem solicitados novamente.
Como o tamanho do cache é limitado, há apenas alguns dados que podem ser mantidos antes que os segmentos precisem ser reciclados. Normalmente, a parte mais antiga dos dados é substituída pela mais recente. Isso é chamado de cache circular, first-in, first-out (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, principalmente em unidades SCSI de última geração:
Segmentação adaptativa: caches convencionais são divididos em vários segmentos de tamanhos iguais. Como as solicitações podem ser feitas para blocos de dados de tamanhos diferentes, isso pode fazer com que parte do armazenamento do cache em alguns segmentos seja sobrando 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.
Pré-busca: A lógica de cache de uma unidade, baseada na análise dos padrões de acesso e uso da unidade, tenta carregar em parte dos dados de cache que ainda não foram solicitados, mas que prevê que serão solicitados em breve. Normalmente, isso significa carregar dados adicionais além daqueles que foram lidos do disco, pois é estatisticamente mais provável que sejam solicitados em seguida. Quando feito corretamente, isso melhorará o desempenho em algum grau.
Controle do usuário: As unidades de última geração implementaram um conjunto de comandos que permitem ao usuário um controle detalhado da operação do cache da unidade. Isso inclui permitir que o usuário ative ou desative o cache, defina o tamanho dos segmentos, ative ou desative a segmentação adaptativa e a pré-busca etc.
Embora o buffer interno obviamente melhore 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 dado 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 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 no próprio disco.
Devido a essas limitações, o cache não tem tanto impacto no desempenho geral do sistema quanto você imagina. O quanto ele ajuda depende de 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 armazenamento em cache de leituras do disco rígido e o armazenamento em 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 dissociar 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 grava a gravação em seu cache muito mais rápido e, em seguida, envia imediatamente uma confirmação ao sistema operacional para a 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 write-back, porque os dados são armazenados no cache e somente gravados de volta nos pratos mais tarde. A funcionalidade de write-back obviamente melhora o desempenho.
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 se foi para sempre e o resto do sistema não tem como saber isso 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 arquivos, 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 aplicativos em que a alta integridade de dados é crítica. No entanto, devido à melhoria no desempenho que o cache de gravação oferece, ele está sendo cada vez mais usado, apesar do risco, e o risco está sendo mitigado pelo uso de tecnologia adicional.
A técnica mais comum é simplesmente garantir que a energia não seja desligada. Para maior tranquilidade, as unidades melhores que empregam o cache de gravação têm um recurso de liberação de gravação que informa à unidade 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 imediatamente antes do sistema ser desligado por qualquer outro motivo.
Geometria do 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.
A geometria do disco rígido de baixo nível geralmente se refere aos seguintes termos:
- Rastrear
- Cilindro
- Setor
- Cabeça ou Lado
Geometria do disco rígido de baixo nível
Os pratos de um disco rígido têm dois lados para gravar os dados. Cada superfície do prato possui círculos concêntricos invisíveis, que são escritos na superfície como informações magnéticas durante a formatação do disco rígido. Esses círculos são chamados de trilhas. Todas as informações armazenadas em um disco rígido são gravadas em faixas. As faixas são numeradas, começando em 0, começando na parte externa do prato e aumentando à medida que você entra.
Sobre o número máximo de pistas e cilindros, discutiremos em detalhes nos próximos capítulos. No entanto, por enquanto podemos obter o conhecimento da geometria física de baixo nível de números máximos de Cilindros, Pistas, Cabeças (laterais) e setores.
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
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 superior a 5.000 bytes. Portanto, se fizermos uma trilha na menor unidade de armazenamento no disco, será um 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 uma trilha na 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 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 refere-se 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, essa forma definiria um setor de cada trilha da superfície do prato que ela interceptava. Isso é o que é chamado de setor no mundo do disco rígido é 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 e do fabricante da unidade. No entanto, o conteúdo de um setor geralmente inclui os seguintes elementos gerais:
Informações de identificação: Convencionalmente, é deixado espaço 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 com defeito e remapeado.
Campos de Sincronização: Estes são usados internamente pelo controlador do inversor para orientar o processo de leitura.
Dados: os dados reais do setor.
Códigos de correção de erros (ECC): Os códigos de correção de erros são usados para garantir a integridade dos dados.
Gaps: Gaps são basicamente um ou mais espaçadores adicionados conforme necessário para separar outras áreas do setor, ou dar 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 sobrecarga é importante, porque quanto mais bits usados para esse gerenciamento, menos 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 que não são do usuário que devem ser armazenadas no disco. A porcentagem de bits em cada disco que são usados para dados, em oposição a outras coisas descritas anteriormente, 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 a maior eficiência de formato atualmente, os campos de ID são removidos do formato do 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 são relativos à localização das informações do servo e assim por diante. Essa 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.
Disco rígido hd hdd aciona a estrutura de circuitos físicos
Cada travessa do disco rígido usa duas cabeças (exceto alguns casos especiais) para gravar e ler dados, uma para a parte superior da travessa e outra 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 esteja sempre fisicamente localizada no mesmo número de faixa.
Esta é a razão pela qual não é possível ter uma cabeça na pista 0 e outra na pista 1.000. Devido a esse arranjo, muitas vezes a localização da pista dos cabeçotes não é chamada de número de pista, mas sim de número de cilindro.
Um cilindro é basicamente o conjunto de todas as trilhas em que todas as cabeças estão localizadas atualmente. Se um disco tiver quatro pratos, no caso geral ele teria oito cabeças. Agora suponha que tem cilindros número 720.
Unidades de disco rígido estrutura da geometria do circuito físico do cilindro
Seria composto de oito conjuntos de pistas, uma por superfície de prato com as pistas número 720. O nome vem do fato de que essas pistas formam um cilindro esquelético porque são círculos de tamanhos iguais empilhados um em cima do outro no espaço, como mostrado na figura anterior.
O endereçamento dos fatores do disco é tradicionalmente feito por referência a cilindros, cabeças e setores (CHS).
Formatação
Toda mídia de armazenamento deve ser formatada antes de poder ser usada. Os utilitários usados para formatação se comportam de maneira diferente quando atuam em discos rígidos e quando usados em 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 de organização mais geral do que diretórios e arquivos. Eles também oferecem maior segurança separando dados de sistemas operacionais e aplicativos.
As partições permitem que você separe os arquivos de dados, dos quais deve ser feito backup regularmente dos arquivos do programa e do sistema operacional. O particionamento torna-se 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 fundamentos 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 todos os arquivos necessários do sistema operacional. Esta etapa também é um comando no nível do sistema operacional.
O comando FORMAT do DOS que é FORMAT.COM, se comporta de maneira diferente quando usado em um disco rígido do que quando 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 e alto nível, se necessário, mas no caso de discos rígidos, FORMAT só fará um alto nível formato.
Quando terminamos 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 gravar 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 (que é FORMAT.COM), executa esse trabalho gravando estruturas como as tabelas de alocação de arquivos de registro de inicialização do DOS e diretórios raiz no disco. A formatação de alto nível é feita após o disco rígido ter sido particionado.
Capacidade de armazenamento formatada e não formatada
O armazenamento total de um disco rígido depende da capacidade formatada ou não formatada. Alguma parte do espaço em um disco rígido é ocupada pelas informações de formatação que marcam o início e o fim dos setores, ECC (Códigos de Correção de Erros) e outras informações de sobrecarga. Por esse motivo, a diferença pode ser bastante significativa.
Unidades mais antigas que normalmente eram formatadas em baixo nível pelo usuário geralmente tinham seu tamanho listado em termos de capacidade não formatada.
Por exemplo :pegue o Seagate ST-412, o primeiro disco usado no IBM PC/XT original no início dos anos 80. O "12" neste número de modelo refere-se à capacidade não formatada da unidade de 12,76 MB. Formatado, na verdade é um drive de 10,65 MB.
A capacidade não formatada de um disco rígido é geralmente 19% (19%) maior do que sua capacidade formatada. Como ninguém pode usar uma unidade não formatada, a única coisa que importa é a capacidade formatada e, portanto, as unidades modernas são sempre formatadas em baixo nível pelos fabricantes.
A capacidade de um 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 possui 512 bytes. A fórmula que irá calcular o tamanho do disco é a seguinte:
Total Disk Size (Bytes) = (Cylinders) X (Heads) X (Sectors) X
(Bytes per Sector) |
Por esta fórmula quando calculamos o tamanho do disco rígido dado em bytes, será
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
Agora se eu calcular o Tamanho do meu disco em milhões de bytes, será aproximadamente
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
Tradicionalmente, o tamanho em milhões de bytes é representado por M. Portanto, o tamanho do meu disco em milhões de bytes é de aproximadamente 2.081 M.
Mas quando eu informar a capacidade do meu disco rígido em Megabytes, será aproximadamente 1985 e será escrito como 1985 Meg.
Desta forma a fórmula geral para calcular a capacidade do disco em milhões de bytes será a seguinte:
E a fórmula geral para calcular a capacidade do disco em Megabyte será dada da seguinte forma:
Página modificada em: 04/01/2022
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