Conhecendo o disco rígido (HD)
Autor: Tudo da Informática | Publicado: 2012-04-15T05:48:00-07:00


Introdução
O disco rígido - ou HD (Hard Disk) - 
        é o dispositivo de armazenamento de dados mais utilizado nos computadores. 
        Nele, são armazenados desde os seus arquivos pessoais até
  informações utilizadas exclusivamente pelo sistema
  operacional. Neste artigo, você conhecerá um pouco do funcionamento
  dos HDs e saberá a função de seus principais recursos, como IDE, ATAPI, 
  DMA, entre outros.

  
    
Surgimento dos HDs
O disco rígido não é um tipo dispositivo de armazenamento novo, mas sim 
        um componente que evoluiu - e muito - 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 de operação. O dispositivo esteve
        em exposição no Centro de Controle Operacional da empresa durante alguns anos:

  
    
  Antigo HD do Metrô de São Paulo

 
    
Componentes e funcionamento dos HDs
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 um HD em um ambiente despreparado e sem o uso dos equipamentos e das
  técnicas apropriadas, terá grandes chances de perdê-lo.

  
    
  HD visto por baixo e por cima

   
    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 da unidade.

  
    A placa lógica contém chips responsáveis por diversas 
        tarefas. O mais comum é conhecido como controlador, 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 (ou cache). Cabe a ele a tarefa 
        de armazenar pequenas quantidades de dados durante a comunicação 
        com o computador. Como este chip consegue lidar com os dados de maneira 
        mais rápida que os discos rígidos, ele agiliza o processo 
        de transferência de informações. No mercado, atualmente, é 
  mais comum encontrar discos rígidos que possuem buffer com capacidade entre 2 MB e 64 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:

  
    
  HD por dentro

   
    Pratos e motor: este é o componente que mais chama a atenção. 
        Os pratos são os discos onde os dados são armazenados. 
        Eles são feitos, geralmente, 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 um motor 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. Até pouco 
        tempo atrás, o padrão do mercado era composto por discos 
        rígidos com 5.400 rpm. Claro que, quanto mais rápido, 
        melhor;

  
    Cabeça e braço: os HDs contam com um dispositivo 
        chamado cabeça (ou cabeçote) 
        de leitura e gravação. Trata-se de um item de tamanho 
        bastante 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 acima da 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 de a 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 por meio de seus polos. 
        Para isso, a polaridade das cabeças muda em uma frequência 
        muito alta: quando está positiva, atrai o polo negativo 
        das moléculas e vice-versa. De acordo com esta 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 pelo controladoro 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:

  
    
  Ilustração de geometria de disco

 
    As trilhas são círculos que começam no centro 
        do disco e vão até a sua borda, como se estivessem um dentro 
        do outro. Estas 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 esta 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 sobre 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 por meio 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. Este 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 
        e NTFS. O Linux pode trabalhar 
        com vários sistemas de arquivos, entre eles, ext3 
        e ReiserFS.

  
    
Interfaces
Os HDs são conectados ao computador por meio de interfaces 
        capazes de transmitir os dados entre um e outro de maneira segura e eficiente. 
        Há várias tecnologias para isso, sendo as mais comuns os 
        padrões IDE, SCSI e, mais recentemente, SATA.

  
    A interface IDE (Intelligent Drive Electronics ou Integrated Drive Electronics)
  também é conhecida como ATA (Advanced Technology Attachment) 
        ou, ainda, PATA (Parallel Advanced Technology Attachment).
  Trata-se de um padrão que chegou para valer ao mercado na época da antiga 
  linha de processadores 386.

  
     Como a popularização deste padrão, as placas-mãe 
        passaram a oferecer dois conectores IDE (IDE 0 ou primário e IDE 
        1 ou secundário), sendo que cada um é capaz de conectar 
        até dois dispositivos. Essa conexão é feita ao HD 
        (e a outros dispositivos compatíveis com a interface) por meio 
        de um cabo flat (flat cable) de 40 vias (foto abaixo). Posteriormente, 
        chegou ao mercado um cabo flat de 80 vias, cujos fios extras servem para 
        evitar a perda de dados causada por ruídos (interferência).

  
 
  Cabo flat de 40 vias. Note a existência de dois conectores

  
 A especificação SATA se tornou padrão no mercado,
  já que oferece várias vantagens em relação
  ao PATA, como maiores taxas de transmissão de dados, dispensa de
  uso de jumpers para distinguir a unidade primária da
  secundária, cabos de conexão e alimentação
  mais finos, entre outros.
 

 
  Portas SATA
  
  
    Em relação às interfaces SCSI e SATA, elas possuem 
        matérias exclusivas aqui no InfoWester. Clique nos seguintes links 
        para acessá-las:

  
    - Interface SCSI;
        - Interface SATA.


    
Técnicas ATAPI e EIDE
Na interface IDE, também é possível conectar outros 
        dispositivos, como unidades de CD/DVD. Para que isto ocorra, 
        é utilizado um padrão conhecido como ATAPI (Advanced 
        Technology Attachment Packet Interface), que 
        funciona como uma espécie de extensão para tornar a interface 
        IDE compatível com os dispositivos mencionados. Vale frisar que 
        o próprio computador, por meio de seu BIOS e/ou do chipset 
        da placa-mãe, reconhece que tipo de aparelho está conectado 
        em suas entradas IDE e utiliza a tecnologia correspondente (ATAPI para 
        unidades de CD/DVD e outros, ATA para discos rígidos).

  
    Como já dito, cada interface IDE de uma placa-mãe pode 
        trabalhar com até dois dispositivos simultaneamente, totalizando 
        quatro. Isso é possível graças à EIDE 
  (Enhanced IDE), uma extensão do IDE criada para que este último 
  possa aumentar a velocidade de transmissão 
        de dados dos discos rígidos e, claro, permitir a conexão 
        de dois dispositivos em cada cabo flat.


 
  Entrada IDE em uma placa-mãe

  
    
DMA e UDMA
Antigamente, somente o processador tinha acesso direto aos dados da memória 
        RAM. Com isso, se qualquer outro componente do computador precisasse 
        de algo na memória, teria que fazer este acesso por intermédio 
        do processador. Com os HDs não era diferente e, como consequência, 
        havia um certo "desperdício" dos recursos de processamento. 
        Felizmente, uma solução não demorou muito para aparecer: foi criada 
        uma especificação chamada DMA (Direct Memory Access). 
        Como o próprio nome diz, esta tecnologia tornou possível 
        o acesso direto à memória pelo HD ou pelos dispositivos 
        que usam a interface IDE, sem necessidade de "auxílio" 
        direto do processador.

  
    Quando o DMA não está em uso, normalmente é utilizado 
        um esquema de transferência de dados conhecido como modo PIO (Programmed 
        I/O), onde, grossamente falando, o processador executa a transferência 
        de dados entre o HD e a memória RAM. Cada modo PIO trabalha 
        com uma taxa distinta de transferência de dados, conforme mostra 
        a seguinte tabela:

  
      
        
 
           
            
Modo PIO

           
            
Taxa de transferência

        
 
           
            
Modo 0

           
            
3,3 MB/s

        
 
           
            
Modo 1

           
            
5,2 MB/s

        
 
           
            
Modo 2

           
            
8,3 MB/s

        
 
           
            
Modo 3

           
            
11,1 MB/s

        
 
           
            
Modo 4

           
            
16,7 MB/s

        
 
           
            
Modo 5

           
            
20 MB/s

        


 
    É importante frisar que os HDs IDE mais recentes trabalham com 
        um padrão conhecido como Ultra-DMA (ou UDMA). Essa especificação 
        permite transferência de dados em uma taxa de, pelo menos, 33,3 
        MB/s (megabytes por segundo). O padrão UDMA não funciona 
        se somente for suportada pelo HD - é necessário que a placa-mãe 
        também a suporte (na verdade, o seu chipset), caso contrário, 
        o HD trabalhará com uma taxa de transferência mais baixa. 
        Veja o porquê: há 4 tipos básicos de Ultra-DMA: UDMA 
        33, UDMA 66, UDMA 100 e UDMA 133. Os números nestas siglas representam 
        a quantidade de megabytes transferível por segundo. Assim, o UDMA 
        33 transmite ao computador dados em até 33 MB/s; o UDMA 66 faz 
        o mesmo em até 66 MB/s e assim por diante. Agora, para exemplificar, 
        imagine que você instalou um HD UDMA 133 em seu computador. No entanto, 
        a placa-mãe só suporta UDMA de 100 MB/s. Isso não 
        significa que seu HD vai ficar inoperante. O que vai acontecer é 
        que seu computador somente trabalhará com o HD na taxa de transferência 
        de até 100 MB/s e não na taxa de 133 MB/s.

  
    
Capacidade real de armazenamento
Os fabricantes de discos rígidos aumentam a capacidade de armazenamento 
        de seus produtos constantemente. Todavia, não é raro uma 
        pessoa comprar um HD e constatar que o dispositivo tem alguns gigabytes 
        a menos do que anunciado. Será que o vendedor te enganou? Será 
        que a formatação foi feita de maneira errada? Será 
        que o HD está com algum problema? Na verdade, não.

  
    O que acontece é que os HDs consideram 1 gigabyte com sendo igual 
        a 1000 megabytes, assim como consideram 1 megabyte com sendo igual a 1000 
        kilobytes, e assim por diante. Os sistemas operacionais, por sua vez, 
        consideram 1 gigabyte como sendo igual a 1024 megabytes, e assim se segue. 
        Por conta desta diferença, um HD de 80 GB, por exemplo, vai ter, 
        na verdade, 74,53 GB de capacidade no sistema operacional. Um HD de 200 
        GB vai ter, por sua vez, 186,26 GB.

  
    Portanto, ao notar essa diferença, não se preocupe, seu 
        disco rígido não está com problemas. Tudo não 
        passa de diferenças entre as empresas envolvidas sobre qual medida 
        utilizar. Saiba mais sobre este assunto nesta matéria
  sobre bits e bytes.

  
    
HDs externos
É possível encontrar vários tipos de HDs no mercado, 
        desde os conhecidos discos rígidos para instalação
        em desktops, passando por dispositivos mais sofisticados voltados 
        ao mercado profissional (ou seja, para servidores), chegando aos cada 
        vez mais populares HDs externos.

  
    O que é um HD externo? Simplesmente um HD que você pode levar para 
        cima e para baixo, e conectá-lo ao computador somente quando precisa. Para 
        isso, pode-se usar, por exemplo, portas USB, 
        FireWire e até SATA 
        externo, tudo depende do modelo de HD que você escolher.

  
 
  HD externo portátil
  
  
 Também é comum encontrar no mercado cases que permitem ao
  usuário montar o seu próprio HD externo: trata-se de um
  equipamento que possibilita a conexão de um HD
  "convencional", fazendo com que este funcione como um HD externo. O
  usuário precisa apenas adquirir um HD compatível com o
  case, que utilize a interface correta e as dimensões
  correspondentes.


 
  Um case para HD externo
 
  
    O HD externo é útil para quando se tem grandes quantidades 
        de dados para transportar ou para fazer backup (cópia de segurança 
        de seus arquivos). Do contrário, é preferível utilizar 
        pendrives, DVDs regraváveis ou outro dispositivo de armazenamento 
        com melhor relação custo-benefício. Isso porque os 
        HDs externos são um pouco mais caros e costumam ser pesados (exceto os modelos 
        de tamanho reduzido). Além disso, devem ser transportados com mais cuidado, 
        para evitar danos.

  
    
Finalizando
O HD já passou por diversas mudanças desde o seu surgimento. 
        Só para dar um exemplo de evolução, os modelos mais antigos 
        tinham um problema que, se não tivesse sido resolvido, talvez deixaria 
        os discos rígidos atrasados em relação ao progresso 
        dos mais componentes de um computador: o motor de movimentação 
        das cabeças de leitura e gravação era lento. Isso 
        porque quando as cabeças precisavam ir de um cilindro a outro, 
        o faziam de um em um até chegar ao destino. Hoje, as cabeças 
        vão diretamente ao cilindro requisitado.
  
  
      
        
 
           
            
.: Livros sugeridos :.

        
 
          :: 
            Arquitetura de computadores
        
 
          :: 
            Hardware na prática
        
 
          :: 
            Hardware II: o guia definitivo
        
 
           
            
Via Shopping UOL

        

No mais, basta observar o quão os HDs ficam mais rápidos, 
        mais confiáveis e com maior capacidade ao longo do tempo. Além 
        disso, inovações continuam a surgir, como é o caso 
        dos HDs com gravação 
        perpendicular. É até possível que, um dia, eles 
        percam seu "reinado" para outra tecnologia, mas isso está longe 
        de acontecer.

  
    Para fechar este artigo, uma pequena curiosidade: quando a IBM lançou 
        o HD 3340, houve um versão com capacidade de 60 MB, sendo 
        que 30 MB eram fixos e os outros 30 MB eram removíveis. Essa característica 
        fez este HD receber o apelido de "30-30". No entanto, existia 
        um rifle chamado Winchester 30-30 e, logo, a comparação 
        entre os dois foi inevitável. Como consequência, o HD 
        passou a ser chamado também de Winchester, nome que não é 
  mais utilizado, mas que algumas pessoas pronunciavam antigamente sem saber 
        exatamente do que se tratava.