O disco rígido ou HD Hard Disk), é o dispositivo de … · O disco rígido não é um dispositivo novo, mas sim uma tecnologia que evoluiu com o passar do tempo. Um dos primeiros

Hardware de ComputadoresDisco Rígido – Hard Disk (HD)

Parte I

Introdução:

O disco rígido ou HD (HardDisk), é o dispositivo dearmazenamento de dados maisusado nos computadores. Nele,é possível guardar não só seusarquivos como também todosos dados do seu sistemaoperacional, sem o qual vocênão conseguiria utilizar ocomputador.

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Introdução:

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O disco rígido não é um dispositivo novo, mas sim uma tecnologiaque evoluiu com o passar do tempo. Um dos primeiros HDs que se tem notíciaé o IBM 305 RAMAC. Disponibilizado no ano de 1956, era capaz de armazenaraté 5 MB de dados (um avanço para a época) e possuía dimensões enormes: 14x 8 polegadas. Seu preço também não era nada convidativo: o 305 RAMACcustava cerca de 30 mil dólares.

Com o passar dos anos, os HDs foram aumentando sua capacidadede armazenamento, ao mesmo tempo em que se tornaram menores, maisbaratos e mais confiáveis. Apenas para ilustrar o quão "gigante" eram osprimeiros modelos, a foto mostra um disco rígido utilizado pelo Metrô de SãoPaulo em seus primeiros anos. O dispositivo está em exposição no Centro deControle Operacional da empresa.


Constituição:

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Constituição:

A placa lógica contém chips responsáveis por diversas tarefas. Omais comum é conhecido como controladora, pois gerencia uma série deitens do HD, como a movimentação dos discos e das cabeças deleitura/gravação, o envio e recebimento de dados entre os discos e ocomputador, e até rotinas de segurança.

Outro dispositivo comum à placa lógica é um pequeno chip dememória conhecido como buffer (cache). Cabe a ele a tarefa de armazenarpequenas quantidades de dados durante a comunicação com o computador.Como esse chip consegue lidar com os dados de maneira mais rápida que osdiscos rígidos, ele agiliza o processo de transferência de informações.

Procure no site: http://www.samsung.com/br/products/hdd/ e

descubra o tamanho do buffer do disco rígido HD080HJ.

4Volta identificação HD

http://www.samsung.com/br/products/hdd/

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Constituição:

Pratos e motor: Os pratos são os discos onde os dados são armazenados.Eles são feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto por ummaterial magnético e por uma camada de material protetor. Quanto maistrabalhado for o material magnético (ou seja, quanto mais denso), maior é acapacidade de armazenamento do disco. Note que os HDs com grandecapacidade contam com mais de um prato, um sobre o outro. Eles ficamposicionados sob um motor responsável por fazê-los girar. Para o mercado dePCs, é comum encontrar HDs que giram a 7.200 rpm (rotações por minuto),mas também há modelos que alcançam a taxa de 10 mil rotações, tudodepende da evolução da tecnologia. Até pouco tempo atrás, o padrão domercado era composto por discos rígidos que giram a 5.400 rpm. Claro que,quanto mais rápido, melhor.



Constituição:

Cabeça e braço: os HDs contam com um dispositivo muito pequenochamado cabeça (ou cabeçote) de leitura e gravação. Trata-se de um itemde tamanho reduzido que contém uma bobina que utiliza impulsosmagnéticos para manipular as moléculas da superfície do disco, e assimgravar dados. Há uma cabeça para cada lado dos discos. Esse item élocalizado na ponta de um dispositivo denominado braço, que tem afunção de posicionar os cabeçotes sob a superfície dos pratos. Olhandopor cima, tem-se a impressão de que a cabeça de leitura e gravação tocanos discos, mas isso não ocorre. Na verdade, a distância entre ambos éextremamente pequena. A "comunicação" ocorre pelos já citadosimpulsos magnéticos;



Constituição:

Atuador: também chamado de voice coil, o atuador é o responsável por mover o braço sob a superfície dos pratos, e assim permitir que as cabeças façam o seu trabalho. Para que a movimentação ocorra, o atuador contém em seu interior uma bobina que é "induzida" por imãs.

Note que o trabalho entre esses componentes precisa ser bem feito. O simples fato da cabeça de leitura e gravação encostar na

superfície de um prato é suficiente para causar danos a ambos. Isso pode facilmente ocorrer em caso de quedas, por exemplo.


Atuador


Constituição:

Eixo: Feito de alumínio devendo ser sólido o suficiente para evitarqualquer vibração dos discos, mesmo em altas rotações. Este é mais umcomponente que passa por um processo de polimento, já que os discosdevem ficar perfeitamente presos e alinhados. No caso de HDs comvários discos, eles são separados usando espaçadores feitos de ligas dealumínio.

Motor de rotação: Responsável por manter uma rotação constante,sendo um dos maiores responsáveis pela durabilidade e desempenho dodisco rígido, pois uma grande parte das falhas graves provém justamentedo motor. Hoje são comuns motores com rotação de 5.400 (notebook),7.200 ou 10.000 RPM.



Constituição:

Heads e arms: Cabeças de leitura eletromagnéticas e braços de sustentaçãomóvel, respectivamente, permitindo o acesso a todo o disco os quais sãomovimentados pelo atuador. Este conjunto apesar de ficar muito perto dasuperfície do disco, não o toca, pois forma-se um colchão de ar que os afasta.Salientamos que os HDs não são “construídos a vácuo”, pois desta forma nãoteríamos tal efeito.As cabeças ficam “estacionadas” eu uma posição central preparada denominadade landing zone (tecnologia chamada de Auto parking) quando o HD não estaefetuando leituras ou desligado e só saem desta posição no momento em que odisco gira na velocidade nominal.

É justamente por isso que às vezes, ao sofrer um pico de tensão, ou o micro serdesligado enquanto o HD é acessado, acabam surgindo setores defeituosos. Aoser cortada a energia, os discos param de girar e é desfeito o colchão de ar,fazendo com que as cabeças de leitura possam vir a tocar os discos magnéticos.



Durabilidade:

Mesmo assim, por melhores que sejam as condiçõesde trabalho, o HD continua sendo um dispositivo baseado emcomponentes mecânicos, que tem uma vida útil muito maiscurta que a de outros componentes do micro. De umaforma geral, os HDs para desktop funcionam de formaconfiável por de dois a três anos (num PC usadocontinuamente). Depois disso, é melhor substituir o HD porum novo e mover o antigo para outro micro que nãoarmazena informações importantes, pois a possibilidade dedefeitos começa a crescer exponencialmente.

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Capacidade:

A capacidade de um HD é determinada por basicamente doisfatores: a tecnologia utilizada, que determina sua densidade e odiâmetro dos discos, que determina a área útil de gravação.

A densidade de gravação dos HDs tem aumentado de formasurpreendente, com a introdução de sucessivas novas técnicas defabricação. Para você ter uma idéia, no IBM 350 os discos eramsimplesmente pintados usando uma tinta especial contendo limalha deferro, um processo bastante primitivo.

Com o passar do tempo, passou a ser usado o processo deeletroplating, que é semelhante à eletrólise usada para banhar bijuteriasà ouro. Esta técnica não permite uma superfície muito uniforme ejustamente por isso só funciona em discos de baixa densidade. Ela foiusada até o final da década de 80. 12


Capacidade:

A técnica usada atualmente (chamada de sputtering) é muito maisprecisa. Nela a superfície magnética é construída depositando grãosmicroscópicos de forma incrivelmente uniforme. Quanto menores os grãos, maisfina e sensível é a superfície, permitindo densidades de gravação mais altas.

A densidade de gravação de um HD é medida em gigabits por polegadaquadrada. Os HDs fabricados na segunda metade de 2006, por exemplo,utilizavam em sua maioria discos com densidade de 100 gigabits (ou 12.5 GB) porpolegada quadrada. Neles, cada bit é armazenado numa área magnética comaproximadamente 200x50 nanômetros (uma área pouco maior que a de umtransístor nos processadores fabricados numa técnica de 0.09 micron), e écomposta por apenas algumas centenas de grãos magnéticos. Estes grãos medemapenas alguns nanômetros e são compostos por ligas de cobalto, cromo, platina,boro e outros materiais raros, muito longe da limalha de ferro utilizada pelospioneiros.

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Escrita / leitura:

Como podemos ver, a cabeça é composta por dois dispositivosseparados, um para gravação e outro para leitura. O dispositivo de gravação ésimilar a um eletroímã, onde é usada eletricidade para criar o capo magnéticousado para realizar a gravação.

Nos HDs atuais, os materiais usados são diferentes, mas o princípio defuncionamento continua o mesmo.

O dispositivo de leitura, por sua vez, faz o processo oposto. Quando elepassa sobre os bits gravados, capta o campo magnético emitido por eles, atravésde um processo de indução (no HDs antigos) ou resistência (nos atuais),resultando em uma fraca corrente, que é posteriormente amplificada.

O dispositivo de gravação é protegido por um escudo eletromagnético,que faz com que ele capte apenas o campo magnético do bit que está sendo lido,e não dos seguintes. Você pode notar que não existe isolamento entre osdispositivos de leitura e gravação. Isso acontece por que apenas um deles é usadode cada vez.

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Escrita / leitura:

O grande problema é que, assim como em outras áreas da informática,a tecnologia avançou até o ponto em que se começou a atingir os limites físicosda matéria. Num HD, a área referente a cada bit armazenado funciona como umminúsculo ímã, que tem sua orientação magnética alterada pela cabeça deleitura. Quando ela é orientada em um sentido temos um bit 1 e no sentidooposto temos um bit 0. A área da superfície utilizada para a gravação de cada bitchamada de "magnetic element", ou elemento magnético.

A partir de um certo ponto, a área de gravação torna-se tão pequenaque a orientação magnética dos bits pode ser alterada de forma aleatória pelaprópria energia térmica presente no ambiente (fenômeno de chamado de

superparamagnetismo) o que faz com que a mídia deixe de ser confiável.

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Escrita / leitura:

A tecnologia usada nos HDs fabricados até a primeira metade de 2007é chamada de gravação longitudinal (longitudinal recording), onde a orientaçãomagnética dos bits é gravada na horizontal, de forma paralela à mídia. Oproblema é que a partir dos 100 gigabits por polegada quadrada, tornou-se muitodifícil aumentar a densidade de gravação, o que acelerou a migração para osistema de gravação perpendicular (perpendicular recording), onde a orientaçãomagnética passa a ser feita na vertical, aumentando muito a densidade dos

discos.

Estima-se que utilizando gravação longitudinal, seria possível atingirdensidades de no máximo 200 gigabits por polegada, enquanto que utilizandogravação perpendicular seja possível atingir até 10 vezes mais. Isso significa queos fabricantes ainda terão margem para produzir HDs de até 10 terabytes antesde esgotar as possibilidades oferecidas pela nova tecnologia.

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Escrita / leitura:

Na gravação perpendicular, a mídia de gravação é composta de duascamadas. Inicialmente temos uma camada de cromo, que serve como um indutor,permitindo que o sinal magnético gerado pelo dispositivo de gravação"atravesse" a superfície magnética, criando um impulso mais forte e, ao mesmotempo, como uma espécie de isolante entre a superfície de gravação e ascamadas inferiores do disco.

Ele poderia (até certo ponto) ser comparado à camada extra usada nosprocessadores fabricados com tecnologia SOI (silicon on insulator), onde umacamada isolante é criada entre os transistores e o wafer de silício, reduzindo aperda de elétrons e, conseqüentemente, o consumo elétrico do processador.

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Escrita / leitura:

Sobre a camada de cromo, são depositados os grãos magnéticos. Adiferença é que agora eles são depositados de forma que a orientação magnéticaseja vertical, e não horizontal. A cabeça de leitura e gravação também émodificada, de forma a serem capazes de lidar com a nova orientação:

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Embora pareça uma modificação simples, o uso da gravação perpendicular em HDs é uma conquista técnica notável. Em termos comparativos, seria como se a NASA conseguisse enviar uma missão tripulada até Marte.


Tamanho:

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Fabricante a adotar a gravação perpendicular (ordem cronológica):

1. Fujitsu - HD de 1.8“ – 2005;2. Seagate - Barracuda 7200.10, um disco de 3.5" com 750 GB – 2006;3. Fujitsu - HD de 2.5" com 160 GB - Agosto de 2006;4. Hitachi - Deskstar 7K1000, um HD de 3.5" com 1 TB que utiliza um

design incomum, com 5 platters ao invés dos 4 comumente usados -Janeiro de 2007.


Tamanho:

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HD´s muito pequenos armazenam menos e possuem praticamente omesmo custo (4Gb $150) e são (serão) facilmente substituídos por memóriasflash.

HD´s muito grandes tendem a ser mais lentos, mais propensos aproblemas mecânicos, alta tempo de acesso, gastarem mais energia, serem maisruidosos, devem ser mais finos e isto traz problemas de recobrimento magnéticoe diminui a rigidez mecânica fazendo que sua rotação tenha que ser diminuída.

Então: Os HDs de 3.5" e de 2.5" atuais parecem ser o melhor balançoentre os dois extremos. Os HDs de 3.5" oferecem um melhor desempenho, maiscapacidade de armazenamento e um custo por megabyte mais baixo(combinação ideal para um desktop), enquanto os HDs de 2.5" são maiscompactos, mais silenciosos, consomem menos energia e são mais resistentes aimpactos, características fundamentais no caso dos notebooks.

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