▷ O que é um disco rígido e como ele funciona

Hoje vamos ver em detalhes o que é um disco rígido e para que serve. É possível que hoje não tivéssemos computadores pessoais, não fosse a invenção de dispositivos de armazenamento. Além disso, a tecnologia não teria avançado tanto se esses suportes não existissem para poder armazenar tanta informação.

Sabemos que um disco rígido não é um dispositivo crítico para a operação de um computador, pois pode funcionar se for o caso. Mas sem dados, a utilidade de um computador é praticamente nula .

Índice de conteúdo

Pouco a pouco, os discos rígidos dessa lesão ou SSD estão ganhando terreno em relação aos discos rígidos tradicionais, os quais abordaremos neste artigo. No entanto, isso ainda apresenta maior capacidade de armazenamento e maior durabilidade. Então, vamos ver o que é um disco rígido e como ele funciona

O que é um disco rígido?

A primeira coisa que teremos que fazer é definir o que é um disco rígido. Um disco rígido é um dispositivo para armazenar dados de maneira não volátil, ou seja, utiliza um sistema de gravação magnética para armazenar dados digitais. Dessa forma, é possível manter as informações gravadas em um meio permanentemente (portanto, não é volátil). Também chamado de HDDs ou unidades de disco rígido.

O disco rígido é constituído por uma ou mais placas rígidas inseridas em uma caixa hermética e unidas por um eixo comum que gira em alta velocidade. Em cada um dos patos, que normalmente têm suas duas faces destinadas ao armazenamento, há duas cabeças de leitura / gravação separadas.

Os discos rígidos fazem parte da memória secundária do computador ou vita no gráfico, nível de memória 5 (L5) e abaixo. Ele é chamado de memória secundária, porque é a fonte de dados, para que a memória principal (memória RAM) possa pegá-los e trabalhar com eles, enviando e recebendo instruções da CPU ou processador. Essa memória secundária será aquela com a maior capacidade disponível em um computador e também não será volátil. Se desligar o computador, a RAM será esvaziada, mas não um disco rígido.

Componentes físicos de um disco rígido

Antes de conhecer a operação de um disco rígido, é conveniente listar e definir os diferentes componentes físicos que um disco rígido possui:

• Pratos: será onde as informações são armazenadas. Eles são dispostos horizontalmente e cada placa consiste em duas faces ou superfícies magnetizadas, uma superior e uma inferior. Isso normalmente é construído em metal ou vidro. Para armazenar as informações neles, eles têm células onde podem ser magnetizadas positiva ou negativamente (1 ou 0). Cabeça de leitura: é o elemento que executa a função de leitura ou escrita. Haverá uma dessas cabeças para cada face ou superfície da placa; portanto, se tivermos duas placas, haverá quatro cabeças de leitura. Essas cabeças não fazem contato com as placas; se isso acontecer, o disco será arranhado e os dados serão corrompidos. 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). Braço mecânico: serão os elementos encarregados de segurar as cabeças de leitura. Eles permitem o acesso à informação dos pratos, movendo as cabeças de leitura de maneira linear de dentro para fora. o deslocamento destes é muito rápido, embora, por serem elementos mecânicos, tenham algumas limitações em relação à velocidade de leitura. Motores: Teremos dois motores dentro de um disco rígido, um para girar as placas, normalmente a uma velocidade entre 5000 e 7200 rotações por minuto (rpm). E também teremos outro para o movimento do circuito eletrônico dos braços mecânicos : além dos elementos mecânicos, o disco rígido também contém um circuito eletrônico responsável pelo gerenciamento das funções de posicionamento da cabeça e pela leitura e gravação deste. Esse circuito também é responsável por comunicar o disco rígido com o restante dos componentes do computador, convertendo as posições das células das placas em endereços compreensíveis pela memória RAM e CPU. Memória cache: os discos rígidos atuais têm um chip de memória integrado no circuito eletrônico que serve como ponte para a troca de informações dos pratos físicos para a memória RAM. É como um buffer dinâmico para facilitar o acesso a informações físicas. Portas de conexão: na parte traseira do disco e fora do pacote, estão as portas de conexão. Eles normalmente consistem no conector de barramento na placa-mãe, no conector de alimentação de 12 V e, no caso de IDEs, nos slots de jumper para seleção de mestre / escravo.

Tecnologias de conexão

O disco rígido deve estar conectado à placa-mãe do computador. Existem diferentes tecnologias de conexão que fornecerão características ou tempos aos discos rígidos.

IDE (eletrônica de dispositivo integrada):

Também conhecido como ATA ou PATA (Parallel ATA). Até recentemente, era o método padrão de conectar discos rígidos a nossos computadores. Permite conectar dois ou mais dispositivos através de um barramento paralelo composto por 40 ou 80 cabos.

Essa tecnologia também é conhecida como DMA (Direct Memory Access), pois permite a conexão direta entre a RAM e o disco rígido.

Para conectar dois dispositivos ao mesmo barramento, será necessário que eles sejam configurados como mestres ou escravos. Dessa forma, o controlador saberá a quem deve enviar dados ou ler seus dados e que não há cruzamento de informações. Essa configuração é feita através de um jumper no próprio dispositivo.

• Mestre: deve ser o primeiro dispositivo conectado ao barramento, normalmente um disco rígido deve ser configurado no modo mestre na frente de um leitor de DC / DVD. Você também deve configurar um disco rígido mestre para motocicleta se ele tiver o sistema operacional instalado. Escravo: será o dispositivo secundário conectado a um barramento IDE. Para ser escravo, primeiro deve haver um mestre.

A velocidade máxima de transferência de uma conexão IDE é 166 MB / s. também chamado Ultra ATA / 166.

SATA (Serial ATA):

Esse é o padrão de comunicação atual nos PCs atuais. Nesse caso, um barramento serial será usado em vez de paralelo para transmitir os dados. É muito mais rápido que o IDE tradicional e mais eficiente. Além disso, permite conexões quentes dos dispositivos e possui barramentos muito menores e mais gerenciáveis.

O padrão atual é encontrado no SATA 3, que permite transferências de até 600 MB / s

SCSI (interface de sistema de computador pequeno):

Essa interface do tipo paralelo foi projetada para discos rígidos com alta capacidade de armazenamento e altas velocidades de rotação. Esse método de conexão é tradicionalmente usado para servidores e clusters de grandes discos rígidos de armazenamento.

Um controlador SCSI pode trabalhar simultaneamente com 7 discos rígidos em uma conexão em série de até 16 dispositivos. Se a velocidade máxima de transferência for 20 Mb / s

SAS (SCSI anexado serial):

É a evolução da interface SCSI e, como o SATA, é um barramento que funciona em série, embora os comandos do tipo SCSI ainda sejam usados ​​para interagir com discos rígidos. Uma de suas propriedades, além das fornecidas pela SATA, é que vários dispositivos podem ser conectados no mesmo barramento e também é capaz de fornecer uma taxa de transferência constante para cada um deles. É possível conectar mais de 16 dispositivos e tem a mesma interface de conexão que os discos SATA.

Sua velocidade é menor que a SATA, mas com maior capacidade de conexão. Um controlador SAS pode se comunicar com um disco SATA, mas um controlador SATA não pode se comunicar com um disco SAS.

Fatores de forma utilizados

Com relação aos fatores de forma, existem vários tipos medidos em polegadas: 8, 5'25, 3'5, 2'5, 1'8, 1 e 0'85. Embora os mais utilizados sejam os de 3, 5 e 2, 5 polegadas.

3, 5 polegadas:

Suas medidas são 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. É do mesmo tamanho que os CD players, embora sejam mais altos (41, 4 mm). Esses discos rígidos são os que usamos em praticamente todos os computadores de mesa.

2, 5 polegadas:

Suas medidas são 69, 8 x 9, 5 x 100 mm e são as medidas típicas de uma unidade de disquete. Esses discos rígidos são usados ​​para notebooks, que são mais compactos, pequenos e leves.

Estrutura física e lógica

Tendo visto os componentes físicos de um disco rígido, precisamos saber como sua estrutura de dados é dividida em cada placa do disco rígido. Como de costume, não se trata apenas de gravar as informações aleatoriamente no disco, elas têm sua própria estrutura lógica que permite o acesso a informações específicas armazenadas neles.

Estrutura física do conteúdo

Track

Cada uma das faces do disco é dividida em anéis concêntricos, de dentro para fora de cada face. A faixa 0 representa a borda externa do disco rígido.

Cilindro

Eles são o conjunto de várias faixas. Um cilindro é formado por todos os círculos alinhados verticalmente em cada uma das placas e faces. Eles formariam um cilindro imaginário no disco rígido.

Setor

As faixas, por sua vez, são divididas em pedaços de arco chamados setores. Essas seções são onde os blocos de dados são armazenados. O tamanho dos setores não é fixo, embora seja normal encontrá-lo com uma capacidade de 510 B (bytes), que equivale a 4 KB. No passado, o tamanho dos setores de cada banda de rodagem era fixo, o que significava que as faixas externas com um diâmetro maior eram desperdiçadas devido a furos vazios. Isso mudou com a tecnologia ZBR (Bit Recording by Zones), que permite que o espaço seja usado com mais eficiência, variando o número de setores, dependendo do tamanho da trilha (trilhas com um raio maior, mais setores)

Cluster

Também chamada de unidade de alocação, é um agrupamento de setores. Cada arquivo ocupará um certo número de clusters e nenhum outro arquivo pode ser armazenado em um determinado cluster.

Por exemplo, se tivermos um cluster 4096 B e um arquivo 2700 B, ele ocupará um único cluster e também terá espaço nele. Mas nenhum outro arquivo pode ser armazenado nele. Ao formatar um disco rígido, podemos atribuir um certo tamanho de cluster a ele, quanto menor o tamanho do cluster, melhor o espaço nele será alocado, especialmente para arquivos pequenos. Embora, pelo contrário, seja mais difícil acessar os dados para a cabeça de leitura.

Sugere-se que os clusters de 4096 KB sejam ideais para grandes unidades de armazenamento.

Estrutura lógica do conteúdo

A estrutura lógica determina a maneira como os dados são organizados dentro dela.

Setor de inicialização (registro mestre de inicialização):

Também chamado geralmente de MBR, é o primeiro setor de todo o disco rígido, ou seja, faixa 0, setor 0 do cilindro 0. Esse espaço armazena a tabela de partições que contém todas as informações sobre o início e o fim das partições. O programa Mester Boot também é armazenado, este programa é responsável por ler esta tabela de partição e fornecer controle ao setor de inicialização da partição ativa. Dessa maneira, o computador inicializará a partir do sistema operacional da partição ativa.

Quando tivermos vários sistemas operacionais instalados em partições diferentes, será necessário instalar um gerenciador de inicialização para que possamos escolher o sistema operacional que queremos inicializar.

Espaço de partição:

O disco rígido pode ser constituído por uma partição completa que cubra todo o disco rígido, ou vários deles. 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.

Cada uma das partições receberá um nome chamado rótulo. No Windows, serão as letras C: D: C:, etc. Para que uma partição esteja ativa, ela deve ter um formato de arquivo.

Espaço não particionado:

Também pode haver um determinado espaço que ainda não particionamos, ou seja, que não tenhamos fornecido um formato de arquivo. Nesse caso, não estará disponível para armazenar arquivos.

Sistema de endereçamento

O sistema de endereçamento permite que a cabeça de leitura seja colocada no local exato em que os dados que pretendemos ler estão localizados.

CHS (setor de cabeçote): Este foi o primeiro sistema de endereçamento a ser usado. Por meio desses três valores, foi 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 de bloco lógico): neste caso, dividimos o disco rígido em setores e atribuímos a cada um um número único. Nesse caso, a cadeia de instruções será mais curta e mais eficiente. É o método usado atualmente.

Sistemas de arquivos

Para armazenar arquivos em um disco rígido, é necessário saber como isso será armazenado, portanto, devemos definir um sistema de arquivos.

FAT (Tabela de Alocação de Arquivos):

É baseado na criação de uma tabela de alocação de arquivos que é o índice do disco. Os clusters usados ​​por cada arquivo são armazenados, bem como clusters livres e defeituosos ou fragmentados. Dessa forma, se os arquivos forem distribuídos em clusters não contíguos, através desta tabela, poderemos saber onde eles estão.

Este sistema de arquivos não pode funcionar com partições maiores que 2 GB

FAT 32:

Este sistema remove a limitação de 2 GB FAT e permite tamanhos de cluster menores para maiores capacidades. As unidades de armazenamento USB normalmente usam esse sistema de arquivos porque é o mais compatível para diferentes sistemas operacionais e dispositivos multimídia, como players de áudio ou vídeo.

Uma limitação que temos é que não conseguiremos armazenar arquivos maiores que 4 GB.

NTFS (sistema de arquivos da nova tecnologia):

É o sistema de arquivos usado para os sistemas operacionais Windows após o Windows NT. As limitações de arquivos e partições dos sistemas FAT são eliminadas e também oferecem maior segurança aos arquivos armazenados, pois ele suporta a criptografia de arquivos e a configuração das permissões destes. Além disso, permite a alocação de diferentes tamanhos de cluster para diferentes tamanhos de partição.

A limitação deste sistema de arquivos é que ele não é totalmente compatível com Linux ou Mac OS em versões anteriores. E, acima de tudo, ele não é suportado por dispositivos multimídia, como players de áudio e vídeo ou TV.

HFS (Sistema de arquivos hierárquico):

Sistema desenvolvido pela Apple para seus sistemas operacionais MAC. É um sistema de arquivos hierárquico que divide um volume ou partição em blocos lógicos de 512 B. Esses blocos são agrupados em blocos de alocação.

Sistema de arquivos estendido EXT):

É o sistema de arquivos usado pelos sistemas operacionais Linux. Atualmente, está em sua versão Ext4. Este sistema é capaz de trabalhar com grandes partições e otimizar a fragmentação de arquivos.

Um de seus recursos mais destacados é que ele é capaz de sistemas de arquivos antes e depois.

Como saber se um disco rígido é bom

Existem diferentes medidas que determinam a capacidade de um disco rígido em termos de desempenho e velocidade. Isso deve ser levado em consideração para saber como comparar o desempenho de um disco rígido de outro.

• Velocidade de rotação: é a velocidade na qual as placas do disco rígido giram. Em velocidades mais altas, teremos taxas de transferência de dados mais altas, mas também maior ruído e aquecimento. A melhor maneira é comprar uma unidade IDE ou SATA com mais de 5400 rpm. Se for SCSI, é indicado que possui mais de 7200 rpm. Rotações mais altas também atingem menor latência média. Latência média: é o tempo que o cabeçote de leitura levará para estar no setor indicado. O indicador de reprodução deve esperar o disco girar para encontrar o setor. Portanto, em rpm mais alta, menor latência. Tempo médio de pesquisa: tempo necessário para que a reprodução chegue à faixa indicada. Está entre 8 e 12 milissegundos Tempo de acesso: tempo necessário para o leitor acessar o setor. É a soma da latência média e do tempo médio de pesquisa. Tempo entre 9 e 12 milissegundos. Tempo de gravação / leitura: esse tempo depende de todos os outros fatores e do tamanho do arquivo. Memória em cache: memória de tipo sólido, como RAM, que armazena temporariamente os dados lidos no disco. Desta forma, a velocidade de leitura aumenta. Quanto mais memória cache, mais rápida será a leitura / gravação. (muito importante) Capacidade de armazenamento: obviamente, é a quantidade de espaço disponível para armazenar dados. Quanto mais, melhor. Interface de comunicação: a maneira como os dados são transferidos do disco para a memória. A interface SATA III é a mais rápida atualmente para esse tipo de disco rígido.

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• Por que NÃO é necessário desfragmentar um SSD?

Com isso, concluímos nossa explicação de como é um disco rígido e como ele funciona. Espero que tenha sido muito útil para você e você já entenda a importância de ter um bom disco rígido.