Conhecendo o disco rígido (HD)

Introdução

O disco rígido ou HD (Hard Disk), é o dispositivo de armazenamento de dados mais usado nos computadores. Nele, é possível guardar não só seus arquivos como também todos os dados do seu sistema operacional, sem o qual você não conseguiria utilizar o computador. Neste artigo, você verá alguns detalhes do funcionamento dos HDs e conhecerá alguns de seus recursos (como IDE, ATAPI, DMA, capacidade real, entre outros).

Características e funcionamento dos HDs

Surgimento

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

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

Componentes de um HD

Para que você possa compreender o funcionamento básico dos discos rígidos, precisa conhecer seus principais componentes. Os tão mencionados discos, na verdade, ficam guardados dentro de uma espécie de "caixa de metal". Essas caixas são seladas para evitar a entrada de material externo, pois até uma partícula de poeira pode danificar os discos, já que estes são bastante sensíveis. Isso significa que se você abrir seu disco rígido em um ambiente despreparado e sem o uso dos equipamentos e das técnicas apropriadas, as chances de você perdê-lo são extremamente grandes.

A figura acima mostra um HD visto por baixo e por cima. Note que a parte inferior contém uma placa com chips. Trata-se da placa lógica, um item muito importante para o funcionamento do HD.

A placa lógica contém chips responsáveis por diversas tarefas. O mais comum é conhecido comocontroladora, pois gerencia uma série de itens do HD, como a movimentação dos discos e das cabeças de leitura/gravação (mostradas adiante), o envio e recebimento de dados entre os discos e o computador, e até rotinas de segurança.

Outro dispositivo comum à placa lógica é um pequeno chip de memória conhecido como buffer. Cabe a ele a tarefa de armazenar pequenas quantidades de dados durante a comunicação com o computador. Como esse chip consegue lidar com os dados de maneira mais rápida que os discos rígidos, ele agiliza o processo de transferência de informações. No momento em que este artigo era escrito no InfoWester, era comum encontrar HDs que possuíam buffers de 2 MB e 8 MB.

A parte interna dos HDs (isto é, o interior da "caixinha") é mais interessante. A foto abaixo mostra um HD aberto. Note que há indicativos que descrevem os componentes mais importantes. Estes são detalhados logo abaixo da imagem:

Pratos e motor: esse é o componente que mais chama a atenção. Os pratos são os discos onde os dados são armazenados. Eles são feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto por um material magnético e por uma camada de material protetor. Quanto mais trabalhado for o material magnético (ou seja, quanto mais denso), maior é a capacidade de armazenamento do disco. Note que os HDs com grande capacidade contam com mais de um prato, um sobre o outro. Eles ficam posicionados sob ummotor responsável por fazê-los girar. Para o mercado de PCs, 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, tudo depende da evolução da tecnologia. Até pouco tempo atrás, o padrão do mercado era composto por discos rígidos que giram a 5.400 rpm. Claro que, quanto mais rápido, melhor;

Cabeça e braço: os HDs contam com um dispositivo muito pequeno chamado cabeça (ou cabeçote) de leitura e gravação. Trata-se de um item de tamanho reduzido que contém uma bobina que utiliza impulsos magnéticos para manipular as moléculas da superfície do disco, e assim gravar dados. Há uma cabeça para cada lado dos discos. Esse item é localizado na ponta de um dispositivo denominado braço, que tem a função de posicionar os cabeçotes sob a superfície dos pratos. Olhando por cima, tem-se a impressão de que a cabeça de leitura e gravação toca nos discos, mas isso não ocorre. Na verdade, a distância entre ambos é extremamente pequena. A "comunicação" ocorre pelos já citados impulsos magnéticos;

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.

Gravação e leitura de dados

A superfície de gravação dos pratos é composta de materiais sensíveis ao magnetismo (geralmente, óxido de ferro). O cabeçote de leitura e gravação manipula as moléculas desse material através de seus pólos. Para isso, a polaridade das cabeças muda numa freqüência muito alta: quando está positiva, atrai o pólo negativo das moléculas e vice-versa. De acordo com essa polaridade é que são gravados os bits (0 e 1). No processo de leitura de dados, o cabeçote simplesmente "lê" o campo magnético gerado pelas moléculas e gera uma corrente elétrica correspondente, cuja variação é analisada pela controladora do HD para determinar os bits.

Para a "ordenação" dos dados no HD, é utilizado um esquema conhecido como "geometria dos discos". Nele, o disco é "dividido" em cilindros, trilhas e setores:

As trilhas são círculos que começam no centro do disco e vão até a sua borda, como se estivesse um dentro do outro. Essas trilhas são numeradas da borda para o centro, isto é, a trilha que fica mais próxima da extremidade do disco é denominada trilha 0, a trilha que vem em seguida é chamada trilha 1, e assim por diante, até chegar à trilha mais próxima do centro. Cada trilha é dividida em trechos regulares chamados de setor. Cada setor possui uma determinada capacidade de armazenamento (geralmente, 512 bytes).

E onde entra os cilindros? Eis uma questão interessante: você já sabe que um HD pode conter vários pratos, sendo que há uma cabeça de leitura e gravação para cada lado dos discos. Imagine que é necessário ler a trilha 42 do lado superior do disco 1. O braço movimentará a cabeça até essa trilha, mas fará com que as demais se posicionem de forma igual. Isso ocorre porque o braço se movimenta de uma só vez, isto é, ele não é capaz de mover uma cabeça para uma trilha e uma segunda cabeça para outra trilha.

Isso significa que, quando a cabeça é direcionada à trilha 42 do lado superior do disco 1, todas as demais cabeças ficam posicionadas sob a mesma trilha, só que em seus respectivos discos. Quando isso ocorre, damos o nome de cilindro. Em outras palavras, cilindro é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus respectivos discos.

Note que é necessário preparar os discos para receber dados. Isso é feito através de um processo conhecido como formatação. Há dois tipos de formatação: formatação física e formatação lógica. O primeiro tipo é justamente a "divisão" dos discos em trilhas e setores. Esse procedimento é feito na fábrica. A formatação lógica, por sua vez, consiste na aplicação de um sistema de arquivos apropriado a cada sistema operacional. Por exemplo, o Windows é capaz de trabalhar com sistemas de arquivos FAT eNTFS. O Linux pode trabalhar com vários sistemas de arquivos, entre eles, ext3 e ReiserFS.

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