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Disco duro

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Disco Duro
Festplatte.JPG
Componentes de um Disco Duro
Ligado a:
Fabricantes comuns:

Um disco duro ou disco rígido (em inglês hard disk drive) é um dispositivo não volátil, que conserva a informação ainda com a perda de energia, que emprega um sistema de gravação magnética digital. Dentro da carcasa há uma série de platos metálicos empilhados girando a grande velocidade. Sobre os platos situam-se as cabeças encarregadas de ler ou escrever os impulsos magnéticos. Há diferentes estándares para comunicar um disco duro com o computador; as interfaces mais comuns são Integrated Drive Electronics (IDE, também chamado ATA) , SCSI geralmente usado em servidores, SATA, este último estandarizado no ano 2004 e FC exclusivo para servidores.

Tal e como sai de fábrica, o disco duro não pode ser utilizado por um sistema operativo. Dantes devem-se definir nele um formato de baixo nível, uma ou mais partições e depois temos de lhes dar um formato que possa ser entendido por nosso sistema.

Também existe outro tipo de discos denominados de estado sólido que utilizam verdadeiro tipo de memórias construídas com semiconductores para armazenar a informação. O uso desta classe de discos geralmente limitava-se às supercomputadoras, por seu elevado preço, ainda que hoje em dia já se pode encontrar no mercado unidades bem mais económicas de baixa capacidade (até 512[1] GB) para o uso em computadores pessoais (sobretudo portáteis). Assim, o cache de pista é uma memória de estado sólido, tipo memória RAM, dentro de um disco duro de estado sólido.

Sua tradução do inglês é unidade de disco duro, mas este termo é raramente utilizado, devido à practicidad do termo de menor extensão disco duro (ou disco rígido).

Conteúdo

Estrutura física

Cabeça de leitura

Dentro de um disco duro há um ou vários platos (entre 2 e 4 normalmente, ainda que há até de 6 ou 7 platos), que são discos (de alumínio ou cristal) concêntricos e que giram todos ao mesmo tempo. A cabeça (dispositivo de leitura e escritura) é um conjunto de braços alinhados verticalmente que se movem para dentro ou fora segundo convenha, todos ao mesmo tempo. Na ponta de ditos braços estão as cabeças de leitura/gravação, que graças ao movimento da cabeça podem ler tanto zonas interiores como exteriores do disco.

A cada plato tem duas caras, e é necessária uma cabeça de leitura/gravação para a cada cara (não é uma cabeça por plato, senão uma por cara). Se olha-se o esquema Cilindro-Cabeça-Sector (mais abaixo), a primeira vista vêem-se 4 braços, um para a cada plato. Em realidade, a cada um dos braços é duplo, e contém 2 cabeças: uma para ler a cara superior do plato, e outra para ler a cara inferior. Por tanto, há 8 cabeças para ler 4 platos, ainda que por questões comerciais, não sempre se usam todas as caras dos discos e existem discos duros com um número ímpar de cabeças, ou com cabeças desabilitadas. As cabeças de leitura/gravação nunca tocam o disco, senão que passam bem perto (até a 3 nanómetros) ou 3 millonésimas de milímetro, devido a uma finísima filme de ar que se forma entre estas e os platos quando estes giram (alguns discos incluem um sistema que impede que as cabeças passem acima dos platos até que atinjam uma velocidade de giro que garanta a formação deste filme). Se alguma das cabeças chega a tocar uma superfície de um plato, causaria muitos danos nele, rayándolo gravemente, devido ao rápido que giram os platos (um de 7.200 revoluções por minuto se move a 129 km/h na borda de um disco de 3,5 polegadas).

Direccionamiento

Erro ao criar miniatura:
Cilindro, Cabeça e Sector
Pista (A), Sector (B), Sector de uma pista (C), Cluster (D)

Há vários conceitos para referir-se a zonas do disco:

O primeiro sistema de direccionamiento que se usou foi o CHS (cilindro-cabeça-sector), já que com estes três valores se pode situar um dado qualquer do disco. Mais adiante criou-se outro sistema mais singelo: LBA (direccionamiento lógico de blocos), que consiste em dividir o disco inteiro em sectores e atribuir à cada um um único número. Este é o que actualmente se usa.

Tipos de conexão

Se falamos de disco rígido podemos citar aos diferentes tipos de conexão que possuem os mesmos com a placa mãe, isto é podem ser SATA, IDE, SCSI ou SAS.

Factor de forma

O mais temporão "factor de forma " dos discos duros, herdou suas dimensões das disqueteras. Podem ser montados nos mesmos chasis e assim os discos duros com factor de forma, passaram a se chamar coloquialmente tipos FDD "floppy-disk drives" (em inglês).

A compatibilidade do "factor de forma" contínua sendo de 3½ polegadas (8,89 cm) inclusive após ter sacado outros tipos de disquetes com umas dimensões mais pequenas.

  • 8 polegadas: 241,3×117,5×362 mm (9,5×4,624×14,25 polegadas).
    Em 1979, Shugart Associates sacou o primeiro factor de forma compatível com o disco duros, SA1000, tendo as mesmas dimensões e sendo compatível com a interface de 8 polegadas das disqueteras. Tinha duas versões disponíveis, a da mesma altura e a da metade (58,7mm).
  • 5,25 polegadas: 146,1×41,4×203 mm (5,75×1,63×8 polegadas). Este factor de forma é o primeiro usado pelos discos duros de Seagate em 1980 com o mesmo tamanho e altura máxima dos FDD de 5¼ polegadas, por exemplo: 82,5 mm máximo.
    Este é duas vezes tão alto como o factor de 8 polegadas, que comummente se usa hoje; por exemplo: 41,4 mm (1,64 polegadas). A maioria dos modelos de unidades ópticas (DVD/CD) de 120 mm usam o tamanho do factor de forma em media altura de 5¼, mas também para discos duros. O modelo Quantum Bigfoot é o último que se usou no final dos 90'.
  • 3,5 polegadas: 101,6×25,4×146 mm (4×1×5.75 polegadas).
    Este factor de forma é o primeiro usado pelos discos duros de Rodine que têm o mesmo tamanho que as disqueteras de 3½, 41,4 mm de altura. Hoje tem sido em grande parte remplazado pela linha "slim" de 25,4mm (1 polegada), ou "low-profile" que é usado na maioria dos discos duros.
  • 2,5 polegadas: 69,85×9,5-15×100 mm (2,75×0,374-0,59×3,945 polegadas).
    Este factor de forma introduziu-se por PrairieTek em 1988 e não se corresponde com o tamanho das leitoras de disquete. Este é frequentemente usado pelos discos duros das equipas móveis (portáteis, reprodutores de música, etc...) e em 2008 foi substituído por unidades de 3,5 polegadas da classe multiplataforma. Hoje em dia a dominante deste factor de forma são as unidades para portáteis de 9,5 mm, mas as unidades de maior capacidade têm uma altura de 12,5 mm.
  • 1,8 polegadas: 54×8×71 mm.
    Este factor de forma introduziu-se por Integral Peripherals em 1993 e envolveu-se com ATA-7 LIF com as dimensões indicadas e seu uso incrementa-se em reprodutores de audio digital e seu subnotebook. A variante original possui de 2GB a 5GB e cabe em uma ranhura de expansão de cartão de computador pessoal. São usados normalmente em iPods e discos duros baseados em Mp3.
  • 1 polegadas: 42,8×5×36,4 mm.
    Este factor de forma introduziu-se em 1999 por IBM e Microdrive, apto para os slots tipo 2 de compact flash, Samsung lume ao mesmo factor como 1,3 polegadas.
  • 0,85 polegadas: 24×5×32 mm.
    Toshiba anunciou este factor de forma o 8 de janeiro de 2004 para usar-se em móveis e aplicações similares, incluindo SD/MMC slot compatível com disco duro optimizado para vídeo e armazenamento para micromóviles de 4G . Toshiba actualmente vende versões de 4GB (MK4001MTD) e 8GB (MK8003MTD) 5 e têm o Record Guinness do disco duro mais pequeno.

Os principais fabricantes suspendienron a investigação de novos produtos para 1 polegada (1,3 polegadas) e 0,85 polegadas em 2007, devido à queda de preços das memórias flash, ainda que Samsung introduziu em 2008 com o SpidPoint A1 outra unidade de 1,3 polegadas.

O nome de polegada" para os factores de forma normalmente não identifica nenhum produto actual (são especificadas em milímetros para os factores de forma mais recentes), mas estes indicam o tamanho relativo do disco, para interesse da continuidade histórica.

Estrutura lógica

Dentro do disco encontram-se:


Integridade

Devido à distância extremamente pequena entre as cabeças e a superfície do disco, qualquer contaminação das cabeças de leitura/gravação ou as fontes pode dar lugar a um acidente nas cabeças, uma falha do disco no que a cabeça listra a superfície da fonte, com frequência moliendo o fino filme magnético e causando a perda de dados. Estes acidentes podem ser causados por uma falha electrónica, um repentino corte no fornecimento eléctrico, golpes físicos, o desgaste, a corrosão ou como as cabeças ou as fontes sejam de pobre fabricação.

Cabeça do disco duro

O eixo do sistema do disco duro depende da pressão do ar dentro do recinto para sustentar as cabeças e sua correcta altura enquanto o disco gira. Um disco duro requer uma verdadeira faixa de pressões de ar para funcionar correctamente. A conexão ao meio exterior e a pressão produz-se através de um pequeno buraco no recinto (cerca de 0,5 mm de diâmetro) normalmente com um filtro em seu interior (filtro de respiração, ver abaixo). Se a pressão do ar é demasiado baixa, então não há suficiente impulso para a cabeça, que se acerca demasiado ao disco, e se dá o risco de falhas e perdas de dados. São necessários discos fabricados especialmente para operações de grande altitude, sobre 3.000 m (10.000 pés). Há que ter em conta que os aviões modernos têm uma cabine presurizada cuja pressão interior equivale normalmente a uma altitude de 2.600 m (8.500 pés) como máximo. Portanto os discos duros ordinários podem-se usar de maneira segura nos voos. Os discos modernos incluem sensores de temperatura e ajustam-se às condições do meio. Os buracos de ventilación podem-se ver em todos os discos (normalmente têm uma pegatina a seu lado que adverte ao utente de não cobrir o buraco. O ar dentro do disco operativo está em constante movimento sendo varrido pelo atrito do plato. Este ar passa através de um filtro de recirculación interna para tirar qualquer contaminante que se tivesse ficado de sua fabricação, alguma partícula ou componente químico que de alguma forma tivesse entrado no recinto, e qualquer partícula gerada em uma operação normal. Uma humidade muito alta durante um período longo pode corroer as cabeças e os platos.

Cabeça de disco duro IBM sobre o plato do disco

Para as cabeças resistentes ao magnetismo grandes (GMR) em particular, um incidente minoritário devido à contaminação (que não se dissipa a superfície magnética do disco) chega a dar lugar a um sobre-aquecimento temporário na cabeça, devido ao atrito com a superfície do disco, e pode fazer que os dados não se possam ler durante um período curto de tempo até que a temperatura da cabeça se estabilize (também conhecido como “aspereza térmica”, um problema que em parte pode ser tratado com o filtro electrónico apropriado do sinal de leitura).

Os componentes electrónicos do disco duro controlam o movimento do acionador e a rotação do disco, e realiza leituras e escrituras precisadas pelo controlador de disco. O firmware dos discos modernos é capaz de programar leituras e escrituras de forma eficiente na superfície dos discos e de reassociar sectores que tenham falhado.

Funcionamento mecânico

Peças de um disco duro

Um disco duro costuma ter:

  • Platos em onde se gravam os dados.
  • Cabeça de leitura/gravação.
  • Motor que faz girar os platos.
  • Electroimán que move a cabeça.
  • Circuito electrónico de controle, que inclui: interface com o computador, memória cache.
  • Bolsita desecante (gel de sílice) para evitar a humidade.
  • Caixa, que tem de proteger da sujeira, motivo pelo qual costuma trazer algum filtro de ar.

História

Antigo disco duro de IBM (modelo 62PC, «Piccolo»), de 64,5 MB, fabricado em 1979

Ao princípio os discos duros eram removíveis, no entanto, hoje em dia tipicamente vêm todos sellados (a excepção de um oco de ventilación para filtrar e igualar a pressão do ar).

O primeiro disco duro, aparecido em 1956 , foi a IBM 350 modelo 1, apresentado com o computador Ramac I: pesava uma tonelada e sua capacidade era de 5 MB. Maior que uma nevera actual, este disco duro trabalhava ainda com válvulas de vazio e requeria uma consola separada para seu manejo.

Seu grande mérito consistia no que o tempo requerido para o acesso era relativamente constante entre algumas posições de cor, a diferença das fitas magnéticas, onde para encontrar uma informação dada, era necessário enrollar e desenrollar os carretes até encontrar o dado procurado, tendo muito diferentes tempos de acesso para a cada posição.

A tecnologia inicial aplicada aos discos duros era relativamente simples. Consistia em recobrir com material magnético um disco de metal que era formatado em pistas concêntricas, que depois eram divididas em sectores. A cabeça magnética codificaba informação ao magnetizar diminutas secções do disco duro, empregando um código binário de «zeros» e «uns». Os bits ou dígitos binários assim gravados podem permanecer intactos anos. Originalmente, a cada bit tinha uma disposição horizontal na superfície magnética do disco, mas depois descobriu-se como registar a informação de uma maneira mais compacta.

O mérito do francês Albert Fert e ao alemão Peter Grünberg (ambos prêmio Nobel de Física por suas contribuições no campo do armazenamento magnético) foi a descoberta do fenómeno conhecido como magnetorresistencia gigante, que permitiu construir cabeças de leitura e gravação mais sensíveis, e compactar mais os bits na superfície do disco duro. Destas descobertas, realizados em forma independente por estes pesquisadores, desprendeu-se um crescimento espectacular na capacidade de armazenamento nos discos duros, que se elevou um 60% anual na década de 1990.

Em 1992 , os discos duros de 3,5 polegadas alojaban 250 MB, enquanto 10 anos depois tinham superado os 40.960 MB ou 40 gigabytes (GB). Na actualidade, já contamos no uso quotidiano com discos duros a mais de um terabyte (TB) ou 1.048.576 megabytes.

Em 2005 os primeiros telefones móveis que incluíam discos duros foram apresentados por Samsung e Nokia.

Características de um disco duro

As características que se devem ter em conta em um disco duro são:

Outras características são:

Presente e futuro

Actualmente a nova geração de discos duros utiliza a tecnologia de gravação perpendicular (PMR), a qual permite maior densidade de armazenamento. Também existem discos chamados "Ecológicos" (GP - Green Power), os quais fazem um uso mais eficiente da energia. Está a começar-se a observar que a Unidade de estado sólido é possível que termine substituindo ao disco duro em longo prazo. Também há que acrescentar os novos discos duros baseados no tipo de memórias Flash, que algumas empresas, como ASUS, incorporou recentemente em seus modelos. Os mesmos arrancam em 4 GB a 512 GB.[1]

São muito rápidos já que não têm partes móveis e consomem menos energia. Todos isto lhes faz muito fiáveis e quase indestructibles. Um novo formato de discos duros baseados em cartões de memórias. No entanto seu custo por GB é ainda muito elevado já que o custo de um disco duro comum de 500 GB é equivalente a um SSD de 8 a 16 GB, $50 USD aproximadamente.

Fabricantes

Um Western Digital 3.5 polegadas 250 GB SATA HDD.
Um Seagate 3.5 polegadas 1 TB SATA HDD.

Os recursos tecnológicos e o saber fazer requeridos para o desenvolvimento e a produção de discos modernos implica que desde 2007, mais de 98% dos discos duros do mundo são fabricados por um conjunto de grandes empresas: Seagate (que agora é proprietária de Maxtor), Western Digital, Samsung e Hitachi (que é proprietária da antiga divisão de fabricação de discos de IBM). Fujitsu segue fazendo discos portáteis e discos de servidores, mas deixou de fazer discos para computadores de escritorio em 2001 , e o resto vendeu-o a Western Digital. Toshiba é um dos principais fabricantes de discos duros para portáteis de 2,5 polegadas e 1,8 polegadas. ExcelStor é um pequeno fabricante de discos duros.

Dezenas de ex-fabricantes de discos duros têm terminado com suas empresas fundidas ou têm fechado suas divisões de discos duros, à medida que a capacidade dos dispositivos e a demanda dos produtos aumentou, os benefícios eram menores e o mercado sofreu uma significativa consolidação no final dos 80 e finais dos 90. A primeira vítima no mercado do PC foi Computer Memories Inc.; após um incidente com 20 MB defeituosos em discos em 1985 , a reputação de CMI nunca se recuperou, e saíram do mercado dos discos duros em 1987 . Outro notável falhanço foi o de MiniScribe, quem avariou em 1990 : depois descobriu-se que tinha em marcha uma fraude e inflava o número de vendas durante vários anos. Outras muitas pequenas companhias (como Kalok, Microscience, LaPine, Areal, Priam e PrairieTek) também não sobreviveram à expulsión, e tinham desaparecido para 1993; Micropolis foi capaz de aguentar até 1997, e JTS, um recém chegado a cena, durou só em uns anos e desapareceu para 1999, ainda que depois tentou fabricar discos duros na Índia. Sua volta à fama deveu-se à criação de um novo formato de tamanho de 3” para portáteis. Quantum e Integral também pesquisaram o formato de 3”, mas finalmente se deram por vencidos. Rodime foi também um importante fabricante durante a década dos 80, mas deixou de fazer discos na década dos 90 no meio da reestruturação e agora se concentra na tecnologia da concessão de licenças; têm várias patentes relacionadas com o formato de 3,5“.

Veja-se também

Principais fabricantes de discos duros

Referências

  1. ↑ a b Toshiba America Electronic Components, Inc. «Solid State Drives Memory Products». Consultado o 17-07-2009.

Enlaces externos

ckb:وەگەڕخەری دیسکی ڕەق

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