Disco rígido - tudo o que você precisa saber

O uso do disco rígido como unidade principal de armazenamento já está numerado. Com a aparência dos SSDs muito rápidos, os HDDs foram relegados para segundo plano, embora não sejam menos importantes porque são ideais para armazenamento em massa. Atualmente, as unidades atingem 16 TB e, por pouco mais de 60 euros, podemos ter 2 TB em nosso PC, algo que ainda está fora do alcance de muitos de nós, se for SSD por seu preço.

Neste artigo, compilaremos tudo o que você precisa saber sobre discos rígidos, operação, características e especialmente as vantagens e desvantagens que eles oferecem em comparação com os SSDs, algo que é sempre uma obrigação.

Função e componentes internos de um disco rígido

O nome do disco rígido vem do inglês Hard Disk Drive, ou acrônimo HDD, pelo qual todos conhecemos esta unidade de armazenamento e também é a maneira mais clara de diferenciá-la de um SSD (Solic Disk Drive).

A tarefa de um disco rígido não é outro senão o provisionamento de nossos equipamentos, o local onde todos os arquivos, programas são armazenados e o sistema operacional instalado. Por esse motivo, também é chamado de armazenamento principal, que, diferentemente da memória RAM, mantém os arquivos dentro mesmo sem eletricidade.

Enquanto os SSDs são feitos inteiramente de componentes eletrônicos e armazenam informações em chips feitos de portas NAND, os discos rígidos possuem peças mecânicas. Neles, uma série de discos gira em alta velocidade para que, usando cabeças magnéticas, as informações neles sejam lidas e apagadas. Vamos ver os principais elementos que fazem parte de um disco rígido.

Pratos

Será o local onde as informações são armazenadas. Eles são instalados horizontalmente e cada deck consiste em duas faces ou superfícies de gravação magnetizadas. Estes são normalmente feitos de metal ou vidro. Para armazenar as informações neles, eles têm células onde podem ser magnetizadas positiva ou negativamente (1 ou 0). O acabamento deles é exatamente como um espelho, neles uma imensa quantidade de dados é armazenada e a superfície deve ser perfeita.

Cabeças de leitura

O segundo elemento mais importante são as cabeças de leitura, que temos uma para cada face ou superfície de gravação. Essas cabeças realmente não fazem contato com as placas, portanto não há desgaste delas. Quando a louça gira, é criada uma fina película de ar que impede a contagem entre ela e a cabeça de reprodução (aproximadamente 3 nm). Essa é uma das principais vantagens sobre os SSDs, cujas células se degradam com apagamentos e gravações.

Motores

Vimos a presença de muitos elementos mecânicos dentro de um disco rígido, mas o que mais mostra isso é a presença de motores. Exceto pelos fãs, é o único item desse tipo em um PC e a principal fonte de discos rígidos lentos. O motor gira as placas a uma determinada velocidade, podendo ser 5.400 RPM, 7.200 ou 10.000 RPM para o mais rápido. Até que essa velocidade seja atingida, você não poderá interagir com os discos, e é uma ótima fonte de lentidão.

Para isso, adicionamos o motor, ou melhor, o eletroímã que faz com que as cabeças de leitura se movam para ficar no local onde os dados estão. Isso também leva tempo, sendo mais uma fonte de lentidão.

Cache

Pelo menos as unidades atuais têm um chip de memória embutido no circuito eletrônico. Isso funciona como uma ponte para a troca de informações das placas físicas para a memória RAM. É como um buffer dinâmico para facilitar o acesso a informações físicas e geralmente tem 64 MB.

Encapsulado

O encapsulamento é muito importante para um HDD, pois, diferentemente do SSD, o interior deve ser completamente pressurizado para que não entre um único grão de poeira. Vamos considerar que as placas giram a uma velocidade enorme e a agulha das cabeças mede apenas alguns micrômetros. Qualquer elemento sólido, por menor que seja, pode causar danos irreversíveis à unidade.

Conexões

Para finalizar, temos todo o conjunto de conexões na parte traseira do pacote, que consiste em um conector de alimentação SATA e outro para dados. Anteriormente, os discos rígidos IDE também tinham um painel para selecionar o modo operacional, escravo ou mestre, se as unidades compartilhavam um barramento, mas agora cada unidade se conecta a uma porta separada na placa-mãe.

Fatores de forma e interface em um disco rígido

Nesse sentido, a informação é bastante breve no momento, uma vez que encontramos apenas dois fatores de forma. O primeiro é o padrão para PCs desktop, com unidades de 3, 5 polegadas e medidas de 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. O segundo é o fator de forma usado em unidades de notebook de 2, 5 polegadas medindo 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Quanto às tecnologias de conexão, atualmente não temos muitos HDDs, sendo dois:

SATA

Esse é o padrão de comunicação nos HDDs dos PCs atuais, substituindo o IDE. Nesse caso, um barramento serial usando o protocolo AHCI é usado em vez de paralelo para transmitir os dados. É consideravelmente mais rápido que o IDE tradicional e mais eficiente com transferências máximas de 600 MB / s. Além disso, permite conexões quentes dos dispositivos e possui barramentos muito menores e mais gerenciáveis. De qualquer forma, um disco rígido mecânico atual só pode atingir um máximo de 400 MB / s na leitura, enquanto os SSDs SATA aproveitam ao máximo esse barramento.

SAS

Essa é a evolução da interface SCSI e é um barramento que funciona em série como SATA, embora os comandos do tipo SCSI ainda sejam usados ​​para interagir com discos rígidos. Uma de suas propriedades é que é possível conectar vários dispositivos no mesmo barramento e também é capaz de fornecer uma taxa de transferência constante para cada um deles. Podemos conectar mais de 16 dispositivos e ele possui a mesma interface de conexão que os discos SATA, tornando-o ideal para montar configurações RAID em servidores.

Sua velocidade é menor que a SATA, mas um recurso importante é que o controlador SAS pode se comunicar com um disco SATA, mas um controlador SATA não pode se comunicar com um disco SAS.

Partes físicas, lógicas e funcionais do disco rígido

Já vimos as partes básicas por dentro, mas este é apenas o começo para entender como ele realmente funciona. E se você quiser saber tudo sobre esses discos rígidos, esta seção é a mais importante, pois determina como um disco rígido funciona, o que pode ser feito de duas maneiras:

CHS (setor de cabeçote de cilindro): esse sistema é o usado nos primeiros discos rígidos, embora tenha sido substituído pelo seguinte. Por meio desses três valores, é possível colocar a cabeça de leitura no local onde os dados estão localizados. Esse sistema era fácil de entender, mas exigia instruções de posicionamento bastante longas.

LBA (endereçamento lógico em blocos): é o usado atualmente, neste caso, dividimos o disco rígido em setores e atribuímos a cada um um número único, como se fosse um endereço de memória no qual o eixo-árvore deve estar localizado. Nesse caso, a sequência de instruções será mais curta e mais eficiente e permitirá que o disco seja indexado pelo sistema.

Estrutura física dos pratos

Vamos ver como a estrutura física do disco rígido é dividida, o que determinará como ele funciona.

• Faixa: As faixas são os anéis concêntricos que formam a superfície de gravação do disco. Cilindro: Um cilindro é formado por todas as faixas alinhadas verticalmente em cada uma das placas e faces. Não é algo físico, mas um cilindro imaginário. Setor: Cada faixa é dividida em pedaços de arcos chamados setores. Em cada setor, os dados serão armazenados e, se um deles permanecer incompleto, os próximos dados entrarão no próximo setor. O tamanho do setor de tecnologia ZBR (gravação de zona de bits) variará de faixas internas para externas para otimizar o espaço. Eles geralmente são de 4KB, embora possam ser alterados a partir do sistema operacional. Cluster: é um agrupamento de setores. Cada arquivo ocupará um certo número de clusters e nenhum outro arquivo pode ser armazenado em um determinado cluster.

Estrutura lógica de um disco rígido

O engraçado é que a estrutura lógica do disco rígido também foi mantida para os SSDs, apesar de operar de maneira diferente.

Setor de inicialização (MBR ou GPT)

O Master Boot Record ou MBR é o primeiro setor do disco rígido, faixa 0, cilindro 0, setor 1. Aqui, a tabela de partições de todo o disco rígido é armazenada, marcando o início e o fim deles. O Boot Loader também é armazenado, onde é coletada a partição ativa em que o sistema ou sistemas operacionais estão instalados. No momento, ele foi substituído em quase todos os casos pelo estilo de partição GPT, que veremos agora com mais detalhes.

Partições

Cada partição divide o disco rígido em um número específico de cilindros e eles podem ter o tamanho que queremos atribuir a eles. Esta informação será armazenada na tabela de partição. Atualmente, existe um conceito de partições lógicas, juntamente com o disco rígido dinâmico, com o qual podemos juntar dois discos rígidos diferentes e, tendo em vista o sistema, ele funcionará como um.

Diferença entre MBR e GPT

Atualmente, existem dois tipos de tabelas de partição disponíveis para um HDD ou SSD, do tipo MBR ou do tipo GPT (Global Unique Identifier). O estilo de particionamento GPT foi implementado para sistemas EFI ou Extensible Firmware Interface, que substituiu o antigo sistema BIOS de computadores. Portanto, enquanto o BIOS usa o MBR para gerenciar o disco rígido, o GPT é voltado para ser o sistema proprietário do UEFI. O melhor de tudo é que esse sistema atribui um GUID exclusivo para cada partição, é como um endereço MAC, e o alocador é tão longo que todas as partições do mundo podem ter nomes exclusivos, eliminando virtualmente as limitações físicas de um disco rígido em termos de particionamento.

Essa é a primeira e mais visível diferença com o MBR. Embora este sistema permita apenas criar 4 partições primárias em um disco rígido com no máximo 2 TB, na GPT não há limitação teórica para criá-las. Será o sistema operacional que de alguma forma faz essa limitação, e o Windows atualmente suporta 128 partições primárias.

A segunda diferença está no sistema de partida. Com a GPT, o próprio UEFI BIOS pode criar seu próprio sistema de inicialização, detectando dinamicamente o conteúdo do disco toda vez que inicializamos. Isso nos permite inicializar perfeitamente um computador, mesmo se trocarmos o disco rígido por outro com outra distribuição lógica. Em vez disso, o MBR ou BIOS antigo precisa de um executável para identificar a partição ativa e poder iniciar a inicialização.

Felizmente, quase todos os discos rígidos HDD e SSD atuais são pré-configurados com o sistema de partição GPT e, em qualquer caso, a partir do próprio sistema ou no modo de comando com o Diskpart, podemos modificar esse sistema antes de instalar o Windows.

Sistemas de arquivos em um disco rígido

Para finalizar a operação de um disco rígido, precisamos aprender quais são os principais sistemas de arquivos usados. Eles são uma parte fundamental do usuário e das possibilidades de armazenamento.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Ignorando a presença do sistema FAT, pois é praticamente inútil nos sistemas de armazenamento atuais, o FAT32 é seu antecessor. Esse sistema permite atribuir endereços de 32 bits a clusters, portanto, em teoria, ele suporta tamanhos de armazenamento de 8 TB. A realidade é que o Windows limita essa capacidade a 128 GB com tamanhos de arquivo não maiores que 4 GB, portanto, é um sistema que apenas pequenas unidades de armazenamento USB usam.

Para superar as limitações do FAT32, o Windows criou o sistema exFAT, que suporta tamanhos teóricos de arquivo de até 16 EB (Exabytes) e tamanhos teóricos de armazenamento de 64 ZB (Zettabytes)

Este sistema é o usado pelo Windows para instalar o sistema e gerenciar os arquivos no disco rígido. Atualmente , ele suporta arquivos de 16 TB e 256 TB como o tamanho máximo do volume, e você pode configurar diferentes tamanhos de cluster para formatação. É um sistema que utiliza muito espaço para sua configuração de volume; portanto, recomenda-se tamanhos de partição maiores que 10 GB.

É o sistema de arquivos da Apple e substitui o HFS tradicional, adicionando suporte a arquivos e volumes maiores. Esses tamanhos têm no máximo 8 EB.

Agora estamos lidando com o sistema de arquivos do Linux, atualmente em sua versão EXT4. Os tamanhos de arquivo suportados são no máximo 16 TB e 1 EB como o tamanho do volume.

Finalmente, o ReFS é outro sistema patenteado pela Microsoft e destinado a ser a evolução do NTFS. Foi implementado com o Windows Server 2012, mas atualmente o Windows 10 para distribuições comerciais é compatível. Esse sistema aprimora o NTFS em muitos aspectos, por exemplo, implementando proteção contra degradação de dados, correção e falha e redundância, suporte a RAID, verificação de integridade de dados ou remoção de chkdsk. Suporta tamanhos de arquivo de 16 EB e tamanhos de 1 YB (Yottabyte)

O que é um RAID

E intimamente relacionadas ao conceito de sistemas de arquivos estão as configurações de RAID. De fato, existem laptops ou PCs que já possuem uma configuração RAID 0 para sua capacidade de armazenamento.

RAID significa Matriz Redundante de Discos Independentes e é um sistema de armazenamento de dados usando várias unidades de armazenamento. Neles, os dados são distribuídos como se fossem uma única unidade ou são replicados para garantir a integridade dos dados contra falhas. Essas unidades de armazenamento podem ser HDD ou discos rígidos mecânicos, SSD ou unidades de estado sólido, até M.2.

Atualmente, existe um grande número de níveis de RAID, que consiste em configurar e associar esses discos rígidos de diferentes maneiras. Por exemplo, o RAID 0 une dois ou mais discos em um para distribuir os dados em todos eles. É ideal para expandir o armazenamento visualizando apenas um disco rígido no sistema; por exemplo, dois HDDs de 1 TB podem formar um único 2 TB. Por outro lado, o RAID 1 é exatamente o oposto, é uma configuração com dois ou mais discos espelhados, para que os dados sejam mantidos replicados em cada um deles.

Vantagens e desvantagens de um HDD versus um SSD

E, finalmente, vamos resumir e explicar as principais diferenças entre um disco rígido mecânico e um disco de estado sólido. Para isso, já temos um artigo em que todos esses fatores são explicados em detalhes; portanto, faremos apenas uma síntese rápida.

Excelentes vantagens

• Capacidade: essa é uma das principais vantagens que um disco rígido possui sobre um SSD, e não é exatamente porque os SSDs são pequenos, mas porque seu custo aumenta muito. Sabemos que um HDD é mais lento que um SSD, 400 MB / s vs. 5000 MB / s nas unidades mais rápidas, mas sua capacidade de armazenamento por unidade é perfeita para uso como um data warehouse. Atualmente, existem discos rígidos de 3, 5 ”de até 16 TB. Baixo custo por GB: Conseqüentemente, pelo custo acima, o custo por GB é muito menor em um HDD do que em um SSD, para que possamos comprar unidades muito maiores, mas a um preço mais baixo. Um disco rígido de 2 TB é encontrado a um preço de cerca de 60 euros, enquanto um SSD de 2 TB M.2 é de pelo menos 220 euros ou mais. Prazo de validade : E a terceira vantagem de um disco rígido é o prazo de validade de seus pratos. Cuidado para não mencionar sua durabilidade e resistência, mas o número de vezes que podemos escrever e apagar células, o que é praticamente ilimitado em discos rígidos mecânicos. Nos SSDs, o número é limitado a alguns milhares, tornando-os opções muito menos atraentes para bancos de dados e servidores.

Desvantagens

• Eles são muito lentos: com o advento dos SSDs, os discos rígidos mecânicos se tornaram o dispositivo mais lento em um computador, mesmo abaixo do USB 3.1. Isso os torna uma opção quase descartável para instalar um sistema operacional, sendo destinados apenas a dados se realmente queremos um computador rápido. Estamos falando de números que colocam um HD 40-50 vezes mais lento que um SSD, não é um absurdo. Tamanho físico e ruído: Sendo mecânico e tendo pratos, seu tamanho é bastante grande em comparação com o SSD M.2, que mede apenas 22 × 80mm. Da mesma forma, ter um motor e cabeças mecânicas os torna bastante barulhentos, especialmente quando os arquivos são fragmentados. Fragmentação: a distribuição em faixas faz com que os dados se tornem mais fragmentados ao longo do tempo. Em outras palavras, o disco preenche os setores que foram deixados vazios quando apagados, portanto a cabeça de leitura deve fazer muitos saltos para ler um arquivo completo. Em um SSD, sendo uma memória de células eletrônicas, todas elas são acessíveis na mesma velocidade, assim como a memória RAM, esse problema não existe.

Conclusão em discos rígidos

Dessa forma, chegamos ao final de nosso artigo que desenvolve em profundidade o tópico do disco rígido mecânico. Sem dúvida, são elementos que, pelo menos para a maioria dos usuários, desempenham um papel um pouco menor, tendo SSDs de até 2 TB no mercado. Mas eles ainda são a melhor opção para armazenamento em massa, pois para isso não precisamos de tanta velocidade, mas de muito espaço.

Imagine o que aconteceria se tivéssemos um único SSD de 512 ou 256 GB e desejássemos salvar filmes em 4K, instalar jogos ou sermos criadores de conteúdo. Se queremos velocidade, devemos gastar uma fortuna, em SSD, enquanto ter 20 TB com HDD nos custaria cerca de 600 euros, enquanto fazê-lo com SSD SATA poderia nos custar cerca de 2000 euros e, se forem NVMe, melhor nem calculá-lo.

Deixamos você agora com alguns artigos que serão úteis para complementar as informações e, é claro, com nossos guias.

Quantos discos rígidos você possui no seu PC e que tipo são? Você usa SSD e HDD?