Disco Magnetico

ARMAZENAMENTO EM DISCOS MAGNÉTICOS

A maior parte dos sistemas computacionais possui alguma maneira de armazenar as informações de forma permanente, seja em fitas perfuradas de papel, códigos de barras impressos, discos ou fitas magnéticas, ou ainda discos a laser. De longe, o meio mais largamente utilizado pela família PC envolve os discos flexíveis e os discos rígidos (denominados discos fixos pela IBM). Os discos flexíveis funcionam basicamente da mesma forma: as informações serão magneticamente codificadas em suas superfícies, em padrões determinados pela unidade de disco e também pelo software que controla essa unidade.

Quando a família PC foi lançada em 1981, utilizava apenas um tipo principal de dispositivo de armazenamento: disquetes de 5,25 polegadas, que possuíam dupla densidade, face simples e setores definidos por software, capazes de armazenar apenas 160 kilobytes (KB) de dados. Desde essa época, surgiram disquetes de 5,25 e 3,5 polegadas com maiores capacidades que acabaram se transformando em equipamentos padronizados nos PCs. Embora a unidade de disco flexível já tenha se tornado pouco eficiente, o disco rígido magnético, desenvolvido pela IBM há mais de 40 anos, ainda continuará sendo a mídia preferida de armazenamento para PCs por tempo indeterminado. Os discos rígidos são confiáveis, rápidos e econômicos e os contínuos avanços garantem que sua capacidade continuará sendo mais do que suficiente para a maioria dos usuários de PCs. Hoje, um computador corporativo típico possui uma unidade de disco rígido de 4 GB, em comparação com os 2,4 GB em 1.997, e com 1,2 GB em 1.996. A IBM, a Seagate, a Quantum e outros gigantes da tecnologia de discos rígidos prevêem que este número chegará aos 10 GB no ano 2.000.

Figura 1

Tecnologias de Discos Rígidos

Um disco rígido (HD - Hard Disk) é formado por um conjunto de pratos magnéticos, arranjados de modo que seus centros estejam alinhados. Cada prato é logicamente subdividido em trilhas (círculos concêntricos), e cada trilha é subdividida em setores. Ao conjunto formado pelas trilhas dos diversos pratos e de mesmo raio dá-se o nome de Cilindro (ver Figura 2).

Figura 2 – Arranjo de setores, trilhas, cilindros e cabeças. Repare que as trilhas mais extensas têm uma densidade maior de setores.

O sensor responsável por ler/escrever dados da/na superfície de um prato é a cabeça magnética (head). Num disco rígido, há duas cabeças para cada prato, uma por lado. Todas as cabeças são solidárias durante ações de posicionamento, ou seja, elas se movem juntas, de forma a estarem sempre sobre um mesmo cilindro.

Para que ocorra um acesso a disco, os pratos devem girar a uma rotação constante, na faixa de 4.500 a 7.200 rpm. Quanto maior essa velocidade de giro, maior a capacidade de leitura ou armazenamento de dados e maior também será a dissipação de calor pelo servo-mecanismo envolvido.

Até o início da década de 90, cada trilha era mapeada num mesmo número de setores. Ora, isso, de certa forma, sub-utilizava a capacidade de armazenamento de um HD, pois o comprimento das trilhas mais externas é maior que o das trilhas mais internas. Hoje, em contrapartida, uma trilha externa tem mais setores que uma interna, utilizando melhor a capacidade do disco. Com isso, os dados gravados nas regiões mais externas são acessados a uma taxa bem mais alta que os dados de trilhas mais internas. Embora atualmente um HD possa ser especificado pelos números de cilindros, cabeças e setores, apenas por compatibilidade com o DOS, isso não amarra a geometria em que fisicamente estão arranjadas as unidades de armazenamento do HD. A controladora do disco calcula um endereço lógico do bloco a ser acessado (LBA - Logical Block Adress) e, em seguida, esse LBA é convertido em valores reais de cilindro, cabeça e setor. Esse é o motivo pelo qual, mesmo em DOS, a barreira dos 504 MB já tenha sido superada. Esta com LBAs é bastante utilizada pelos sistemas operacionais mais modernos, fazendo um by-pass pelas funções da BIOS. Existem ainda duas formas de fazer o mapeamento físico de LBAs: o vertical, em que os LBAs são numerados por cilindro, com os acessos lógicos seguidos sendo feitos nas trilhas de mesmo cilindro, e o horizontal, em que os LBAs são numerados por cabeça, ou seja, com os acessos lógicos seguidos sendo feitos em trilhas de um mesmo prato. Existe também a opção de implementar-se algo híbrido, ou seja, combinar-se o mapeamento vertical com o mapeamento horizontal.

O desempenho de um HD não só depende da velocidade de giro dos pratos, mas também é influenciado por fatores outros, como: tempo de posicionamento (gasto para movimentar as cabeças entre um cilindro e outro), o tempo de chaveamento de cabeça (escolha de que prato será acessado) e latência de giro (tempo gasto até que se posicione sobre o setor desejado). Esses três aspectos, em conjunto, são responsáveis pelo conhecido parâmetro de desempenho: o tempo de acesso. Com os dados expostos até agora, conclui-se que o menor tempo de acesso médio possível é dado por ½ x tempo de um giro = ½ x 60s/(7.200) ~ 4 ms.

Os HDs modernos têm cache de diferentes tamanhos e tipo de organização, tanto para leituras quanto para escritas (obs.: em HDs SCSI, a opção de cache para escrita é inicialmente desabilitada). Um fato interessante é que a eficiência do cache depende mais do tipo de organização que do seu tamanho.

TABELA 1 – Quadro comparativo entre as diversas interfaces para discos rígidos

Interface Característica de Operação Taxa (MB/s) de Transferência IDE word única, DMA 0 2,1 IDE PIO: modo 0 3,3 IDE word única, DMA 1 4,2 IDE múltiplas words, DMA 0 4,2 IDE PIO: modo 1 5,2 IDE word única, DMA 2 8,3 IDE PIO: modo 2 8,3 EIDE PIO: modo 3 11,1 EIDE múltiplas words, DMA 1 13,3 EIDE múltiplas words, DMA 2 16,6 EIDE PIO: modo 4 16,6 Ultra Ata múltiplas words, DMA 3 33,3 SCSI 5 MHz, SCSI I, 8 bits 5,0 SCSI 10 MHz, SCSI II, 8 bits 10,0 SCSI 10 MHz, SCSI II, 16 bits 20,0 SCSI 20 MHz, Ultra, 8 bits 20,0 SCSI 20 MHz, Ultra, 16 bits 40,0 SCSI 40 MHz, Ultra-2, 8 bits 40,0 SCSI 40 MHz, Ultra-2, 16 bits 80,0

Quanto ao firmware para acessar o HD, os fabricantes têm tornado o custo dos discos rígidos mais baixo ao se eliminar o custo de uma ROM que participe do POST (Power-On Self-Test), isso ao deixar todo o software de inicialização necessário (firmware) armazenado em setores especiais do HD.

Interfaces EIDE e SCSI

Existem dois tipos de interfaces típicas para a conexão