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Seg.27Dez.201000:00

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Introdução

Praticamente todos os computadores e servidores actuais contêm uma ou mais unidades de disco rígido. Todo os “mainframes” normalmente estão conectados a centenas unidades de disco, até sistemas com racks de discos como NAS´s, ou em SAN´s.

 Disco Aberto

Fundamentos do disco rígido

Os discos rígidos foram inventados nos anos 50. Inicialmente eram grandes discos de até cerca de 50 cm de diâmetro que detinham pouca capacidade de armazenamento. Originalmente, eles eram chamados de "discos fixos" ou "winchesters" (um nome usado para um produto popular da IBM). Mais tarde, ficaram conhecidos como "discos rígidos" para serem distinguidos das "disquetes" ou floppy disks (discos flexíveis). Nos discos rígidos o meio magnético de gravação de dados fica numa superfície rígida (um disco ou prato), enquanto nas fitas magnéticas e nas disquetes há uma película plástica flexível.


No seu conceito mais simples, um disco rígido não difere em nada de uma cassete. Tanto que os discos rígidos, assim como as cassetes usam as mesmas técnicas de gravação magnética. Os discos rígidos e as cassetes também partilham os principais benefícios do armazenamento magnético: o meio físico magnético pode ser facilmente apagado e regravado, e por muito tempo ficarão gravados os padrões de fluxo magnético nele armazenados.

Capacidade e desempenho

Num desktop, o normal é ter um disco rígido com uma capacidade entre 80GB e 1000GB. Os dados são armazenados no disco na forma de arquivos. Um arquivo é simplesmente uma colecção de bytes. Os bytes podem ser códigos ASCII para os caracteres de um arquivo de texto, instruções de um aplicativo de software para o computador executar, os registos de uma base de dados ou as cores dos pixels de uma imagem no formato GIF, JPG, PNG. Entretanto, independentemente do que o ficheiro contiver, um arquivo é simplesmente uma sequência de bytes. Quando um programa executado no computador chama um arquivo, o disco rígido recupera seus bytes e os envia para o processador, um de cada vez.

Há duas maneiras de medir o desempenho de um disco rígido:

  • Taxa de transferência de dados (data rate) - número de bytes por segundo que a unidade de disco pode entregar ao processador. Taxas entre 5 e 40 megabytes por segundo são comuns.
  • Tempo de busca (seek time) - intervalo entre o momento em que a CPU solicita um arquivo e o envio para a CPU do primeiro byte do arquivo. Tempos entre 10 e 20 milissegundos são comuns.

O outro parâmetro importante é a capacidade da unidade de disco (drive), que é o número de bytes que pode guardar.

 

Por dentro do disco: A placa electrónica

A melhor maneira de compreender como funciona um disco rígido é verificar o seu no seu interior.

 

 ATENÇÂO: A abertura de um disco rígido destrói por completo, desta forma não o faça, sob pena de perder todos os dados, a menos o seu disco esteja completamente inutilizado.

O disco é uma caixa de alumínio vedada com uma placa electrónica de controle fixada num dos lados. Os componentes electrónicos controlam o mecanismo de leitura/gravação e o motor que gira os platinados. Esses componentes electrónicos também fazem a montagem dos domínios magnéticos da unidade na forma de bytes (leitura) e transforma os bytes em domínios magnéticos (gravação). Todos os componentes electrónicos estão contidos numa pequena placa que é amovível do resto da unidade: 

 Disco Placa

 Por baixo da placa

Por baixo da placa estão as conexões do motor que gira os discos, assim como um orifício de ventilação altamente filtrado que deixa as pressões interna e externa do ar se igualarem.

Remover a tampa da unidade revela um interior extremamente simples, mas muito preciso:

 

 
Disco aberto 3

 Nesta foto pode ver:

•    Os discos giram normalmente a 3.600 ou 7.200 rpm (rotações por minuto em discos IDE ) quando a unidade está operando. Esses discos são fabricados com tolerâncias incríveis e têm acabamento espelhado (como você pode ver neste interessante auto-retrato do autor).

•    O braço segura as cabeças de leitura/gravação e é completamente controlado pelo mecanismo no canto superior esquerdo. O braço é capaz de mover as cabeças do centro do disco à borda da unidade. O braço e seu mecanismo de movimentação são extremamente leves e rápidos. O braço de uma unidade de disco rígido típica pode se mover do centro à borda até 50 vezes por segundo. É uma coisa incrível de se ver!

Por dentro: platinados e as cabeças

Cabeças de leitura

                                          Discos Cabeças 2

 

Para aumentar a quantidade de informações que a unidade pode armazenar, a maioria dos discos rígidos tem múltiplos discos (ou pratos). Esta unidade tem três discos e seis cabeças (cabeças magnéticas de leitura/gravação):  
 
O mecanismo que move os braços de um disco rígido tem de ser incrivelmente rápido e preciso. Este é construído usando um motor linear de alta velocidade. No movimento do braço de leitura, muitas unidades de disco usam a mesma técnica que é usada para mover a agulha de um disco LP ao aceder ao inicio de um disco.

 

Discos Cabeça
 
 
 
 

 

Armazenamento de dados

Os dados são armazenados sobre a superfície de um disco em pistas e sectores. As pistas são círculos concêntricos, e os sectores são cunhas em forma de fatia de torta sobre a pista conforme mostra a figura abaixo.

 

 

Pistas sectores clusters

 

Uma pista típica é exibida em amarelo, enquanto um sector típico aparece a azul. Um sector contém um número fixo de bytes. Por exemplo, 256 ou 512. No nível da unidade do disco rígido ou do sistema operativo, os sectores são agrupados em clusters (blocos).
O processo de formatação de baixo nível de uma unidade estabelece as pistas e sectores no disco. Os pontos iniciais e finais de cada sector são gravados no disco. Este processo prepara a unidade para guardar os blocos de bytes. A formatação de alto nível então grava as estruturas de armazenamento de arquivos, como a tabela de alocação nos sectores. Esse processo prepara a unidade para guardar os arquivos.

O que significa o termo "choque do cabeçote" no disco rígido?

Pode ver que as cabeças magnéticas de leitura/gravação não tocam nos platinados do disco. Quando os discos rodam, atingem velocidades de entre 3.600 rpm e 7.200 rpm (em disco IDE).

Para a cabeça, o disco parece se mover a 241 km/h, e uma fina almofada de ar se forma entre a cabeça e o disco, fazendo com que a cabeça "voe" sobre o disco. Se uma pequena porção de poeira entrar em contato com o disco, o vôo é interrompido e a cabeça "colide" com o disco, arranhando-o. A colisão, é claro, espalha ainda mais poeira e fragmentos dentro do disco, danificando-o.

A outra coisa que causa um som agudo são os rolamentos no motor da disco. Essa é outra maneira comum de um disco falhar.

Os discos rígidos são extremamente confiáveis hoje em dia, com MTBF (Tempo Médio entre Falhas) de 500 mil a 1 milhão de horas. Isso significa que, em média, um drive falha depois de um número específico de horas. Com metade dos drives a durar mais do que isso e outra metade a durando menos. 500 mil horas equivalem a 57 anos. É evidente que nenhum drive dura 57 anos, portanto, backups frequentes de dados são importantes.

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