thegoodfellas/blogset-br huggingface dataset:
de distancia dos discos. E o mesmo principio utilizado na asa de um aviao; a principal diferenca neste caso e que a cabeca de leitura e fixa, enquanto os discos e que se movem, mas, de qualquer forma, o efeito e o mesmo. Como veremos a seguir, os HDs nao sao fechados hermeticamente, muito menos a vacuo, pois e necessario ar para criar o efeito.Esta foto mostra a cabeca de leitura "flutuando" sobre o disco em movimento. A distancia e tao curta que mesmo ao vivo voce tem a impressao de que a cabeca esta raspando no disco, embora na realidade nao esteja. Como a cabeca de leitura se movimenta rapidamente durante a operacao do disco, e muito dificil tirar fotos. Para conseguir tirar esta, precisei "trapacear", desmontando o actuator e suavemente movendo a cabeca da area de descanso para o meio do disco:Os discos magneticos sao montados diretamente sobre o eixo do motor de rotacao, sem o uso de correias ou qualquer coisa do genero. E justamente este design simples que permite que os discos girem a uma velocidade tao grande.Embora mais potente e muito mais duravel, o motor de rotacao usado nos HDs e similar aos usados nos coolers. Nos HDs antigos, eram usados motores sleeve bearing, o sistema mais simples e menos duravel, que foi usado nos HDs de 3600 RPM. Em seguida, foram adotados motores ball-bearing, onde sao usados rolamentos para aumentar a precisao e a durabilidade. Nos HDs modernos, e utilizado o sistema fluid-dynamic bearing, onde os rolamentos sao substituidos por um fluido especial, que elimina o atrito, reduzindo o ruido e o nivel de vibracao.Aqui temos o mesmo HD da foto anterior completamente desmontado, mostrando o interior do motor de rotacao:Assim como a maioria dos modelos de baixa capacidade, este HD utiliza um unico disco, mas a maioria dos modelos utiliza dois, tres ou quatro, que sao montados usando espacadores. O HD possui duas cabecas de leitura para cada disco (uma para cada face), de forma que um HD com 4 discos utilizaria 8 cabecas de leitura, presas ao mesmo braco movel.Embora usar mais discos permita construir HDs de maior capacidade, nao e comum que os fabricantes utilizem mais de 4, pois a partir dai torna-se muito dificil (e caro) produzir componentes com a precisao necessaria para manter todos os discos alinhados. Antigamente, era comum que HDs de alta capacidade (e alto custo :), sobretudo os destinados a servidores, possuissem 6 ou ate mesmo 12 discos, mas eles sairam de moda a partir da decada de 90, devido a baixa demanda. Desde entao, os fabricantes padronizaram a producao em torno dos HDs com ate 4 discos e quem precisa de mais capacidade compra varios e monta um sistema RAID. No caso dos servidores, e muito comum o uso de racks, com um grande numero de HDs SAS ou SATA.Naturalmente, qualquer HD aberto fora de uma sala limpa acaba sendo impregnado por particulas de poeira e por isso condenado a apresentar badblocks e outros defeitos depois de alguns minutos de operacao.Todo HD e montado e selado em
um ambiente livre de particulas, as famosas salas limpas. Apesar disso, eles nao sao hermeticamente fechados. Em qualquer HD, voce encontra um pequeno orificio para entrada de ar (geralmente escondido embaixo da placa logica ou diretamente sob a tampa superior), que permite que pequenos volumes de ar entrem e saiam, mantendo a pressao interna do HD sempre igual a do ambiente. Esse orificio e sempre protegido por um filtro, que impede a entrada de particulas de poeira.Orificio de ventilacao do HDDevido a isso, a pressao do ar tem uma certa influencia sobre a operacao do HD. Os HDs sao normalmente projetados para funcionar a altitudes de ate 3.000 metros acima do nivel do mar. Em altitudes muito elevadas, a pressao do ar e menor, comprometendo a criacao do colchao de ar. Para casos extremos (uso militar, por exemplo), existem HDs pressurizados, que podem trabalhar a qualquer altitude.Internamente, o HD possui um segundo filtro, que filtra continuamente o ar movimentado pelos discos. Ele tem a funcao de capturar as particulas que eventualmente se desprendam dos componentes internos durante o uso, devido a desgaste ou choques diversos. Aqui temos uma foto de um, preso num dos cantos da parte interna do HD:Filtro internoEnquanto o HD esta desligado, as cabecas de leitura ficam em uma posicao de descanso. Elas so saem dessa posicao quando os discos ja estao girando a velocidade maxima. Para prevenir acidentes, as cabecas de leitura voltam a posicao de descanso sempre que nao estao sendo lidos dados, apesar dos discos continuarem girando.E justamente por isso que as vezes, ao sofrer um pico de tensao, ou o micro ser desligado enquanto o HD esta sendo acessado, surgem setores defeituosos. Ao ser cortada a energia, os discos param de girar, o colchao de ar e desfeito e as cabecas de leitura podem vir a tocar os discos magneticos.Para diminuir a ocorrencia desse tipo de acidente, nos HDs modernos e utilizado um sistema que recolhe as cabecas de leitura automaticamente para a area de descanso quando a energia e cortada (tecnologia chamada de auto-parking). A area de descanso e tambem chamada de "landing zone" e engloba algumas das trilhas mais centrais do disco, uma area especialmente preparada para receber o impacto do "pouso" das cabecas de leitura. Uma das tecnologias mais populares e a LZT (Laser Zone Texture), uma tecnologia desenvolvida pela IBM, onde um laser e usado para produzir pequenas cavidades ao longo da zona de pouso, que reduzem o atrito com a cabeca de leitura:Outra tecnica consiste em usar "rampas" feitas de material plastico, posicionadas na area externa dos discos, que suspendem as cabecas de leitura, evitando que elas toquem os discos mesmo quando eles param de girar. Esta tecnologia foi inicialmente usada em HDs de notebook, mas recentemente passou a ser usada tambem nos de 3.5" para desktops:Rampas de descanso para as cabecas de leituraApesar de evitar danos fisicos, o auto-parking nada pode fazer para evitar perda de dados ao desligar o micro incorretamente. Mesmo que todos os arquivos estejam salvos, ainda existem dados no cache de disco (criado pelo sistema
rotacao do HD. Os proprios discos magneticos sao relativamente resistentes a forcas magneticas externas, de forma que imas de baixa potencia nao oferecem grande perigo.A placa controladoraA placa logica, ou placa controladora, e a parte "pensante" do HD. Com excecao dela, o HD e um dispositivo relativamente simples, composto por uma serie de dispositivos mecanicos. E a controladora que faz a interface com a placa-mae; controla a rotacao do motor e o movimento das cabecas de leitura, de forma que elas leiam os setores corretos; faz a verificacao das leituras, de forma a identificar erros (e se possivel corrigi-los, usando os bits de ECC disponiveis em cada setor); atualiza e usa sempre que possivel os dados armazenados no cache de disco (ja que acessa-lo e muito mais rapido do que fazer uma leitura nas midias magneticas); e assim por diante.Aqui temos a placa logica de um HD Samsung HD080HJ:Veja que a placa possui apenas tres chips. O maior, no canto superior, e um Samsung K4S641632H-UC60. Voce pode notar que ele e muito semelhante a um chip de memoria, e na verdade e :). Ele e um chip de memoria SDRAM de 8 MB, que armazena o cache de disco. Ate pouco tempo atras, os HDs utilizavam chips de memoria SRAM, mas os fabricantes passaram a utilizar, cada vez mais, chips de memoria SDRAM convencional para reduzir o custo de producao. Na pratica nao muda muita coisa, pois apesar de mais lenta, a memoria SDRAM oferece desempenho suficiente para a tarefa.Assim como no caso dos processadores, o cache e um componente importante para o desempenho do HD. Ele armazena os dados acessados, diminuindo bastante o numero de leituras. Dados armazenados no cache podem ser transferidos quase que instantaneamente, usando toda a velocidade permitida pela interface SATA ou IDE, enquanto um acesso a dados gravados nos discos magneticos demoraria muito mais tempo.Continuando, temos o controlador principal, um chip Marvell 88i6525, que e quem executa todo o processamento. Este chip e na verdade um SOC (System On a Chip), formado por um conjunto de varios controladores menores, que sao combinados dentro do mesmo wafer de silicio.Este HD e um modelo SATA. A controladora da placa-mae se comunica com ele utilizando comandos padronizados, que sao comuns a qualquer HD SATA. E por isso que voce nao precisa instalar um driver especial para cada modelo de HD, precisa apenas de um driver padrao, que sabe se comunicar com qualquer HD. Internamente, os comandos SATA sao processados e convertidos nos comandos que irao mover a cabeca de leitura, fazer girar os discos ate o ponto correto e assim por diante. O sistema operacional nao gerencia diretamente o cache de disco, quem faz isso e a propria controladora, que se esforca para usa-lo da forma mais eficiente possivel.Naturalmente, tudo isso exige processamento, dai a complexidade interna do chip controlador. Apesar de pequena, a placa controladora de um disco atual e muito mais sofisticada do que um PC antigo inteiro (um 286 por exemplo). Elas possuem mais poder de processamento e ate mesmo mais memoria, na forma do cache. Os
HDs atuais usam de 8 a 32 MB de cache de disco, mais memoria do que era usada em micros 386 e 486 e, ainda por cima, muito mais rapida! :)Uma curiosidade e que muitos HDs antigos utilizavam um processador Intel 186 como controlador de discos. O 186 e, como voce pode imaginar, o "elo perdido" entre o 8088 usado no PC XT e o 286. Ele e um chip que acabou nao sendo usado nos micros PCs, mas fez um grande sucesso como microcontrolador para funcoes diversas.Concluindo, temos um terceiro chip, escondido na parte inferior esquerda da foto. Ele e um Hitachi HA13645, um chip especializado, que controla o movimento das cabecas de leitura e tambem a rotacao do motor. O chip principal envia comandos a ele, dizendo que quer acessar o setor X, ou que o motor deve entrar em modo de economia de energia, por exemplo, e ele os transforma nos impulsos eletricos apropriados. Essas funcoes mudam de um modelo de HD para o outro, por isso os fabricantes preferem usar um chip de uso geral como o Marvell 88i6525 como controlador principal, mudando apenas o controlador auxiliar, que e um chip menor e mais barato.A placa controladora e um componente "externo" do HD, que pode ser rapidamente substituida caso necessario. Grande parte (talvez ate a maioria) dos casos onde o HD "queima" devido a problemas na rede eletrica, ou defeitos diversos, podem ser solucionados atraves da troca da placa controladora, permitindo recuperar os dados sem ter que recorrer aos caros servicos de uma empresa especializada.O grande problema e justamente onde encontrar outra placa. Os fabricantes vendem placas avulsas em pequenas quantidades para empresas de recuperacao, mas o fornecimento e muito restrito. Para tecnicos autonomos e pequenas empresas, a unica solucao e usar placas doadas por outros HDs. Se o HD for um modelo recente, voce pode simplesmente comprar outro exatamente igual, pegar a placa emprestada para fazer a recuperacao dos dados e depois devolve-la ao dono. Mas, no caso de HDs mais antigos, a unica forma e procurar uma placa usada nos sites de leilao e foruns. Existe um verdadeiro mercado paralelo de venda de placas avulsas, ja que existem muitos casos de HDs inutilizados por problemas na midia magnetica, onde a placa ainda e utilizavel.Remover a placa e simples, basta usar uma chave torx para retirar os parafusos e desencaixar a placa com cuidado. Na maioria dos HDs atuais, a placa e apenas encaixada sobre os contatos, mas em outros ela e ligada atraves de um cabo flat, que precisa ser desconectado com cuidado.Mais uma curiosidade e que os primeiros PCs utilizavam HDs com interfaces MFM ou RLL. Eles utilizavam controladoras externas, instaladas em um slot ISA e ligadas ao HD por dois cabos de dados. Esse arranjo era muito ineficiente, pois a distancia tornava a comunicacao muito suscetivel a interferencias e corrupcao de dados. Esses HDs possuiam varias peculiaridades com relacao aos atuais, como a possibilidade de fazer uma "formatacao fisica", onde as trilhas de dados eram realmente regravadas, o que permitia recuperar HDs com problemas
de alinhamento.Esses HDs jurassicos foram usados nos micros XT e 286 e sobreviveram ate os primeiros micros 386, quando foram finalmente substituidos pelos HDs IDE, onde a controladora e parte integrante do HD. Eles, por sua vez, foram eventualmente substituidos pelos HDs SATA que usamos atualmente.Hoje em dia, a "formatacao fisica" sobrevive apenas como um vicio de linguagem. Muitos dizem que "fizeram uma formatacao fisica" ao reparticionar o HD ou ao usar um programa que apaga os dados gravados (como o "zero-fill", ou o "dd" do Linux), embora uma coisa nao tenha nada a ver com a outra.Os discosA capacidade de um HD e determinada por basicamente dois fatores: a tecnologia utilizada, que determina sua densidade e o diametro dos discos, que determina a area util de gravacao.A densidade de gravacao dos HDs tem aumentado de forma surpreendente, com a introducao de sucessivas novas tecnicas de fabricacao. Para voce ter uma ideia, no IBM 350 os discos eram simplesmente pintados usando uma tinta especial contendo limalha de ferro, um processo bastante primitivo.Com o passar do tempo, passou a ser usado o processo de eletroplating, que e semelhante a eletrolise usada para banhar bijuterias a ouro. Esta tecnica nao permite uma superficie muito uniforme e justamente por isso so funciona em discos de baixa densidade. Ela foi usada ate o final da decada de 80.A tecnica usada atualmente (chamada de sputtering) e muito mais precisa. Nela, a superficie magnetica e construida depositando graos microscopicos de forma incrivelmente uniforme. Quanto menores os graos, mais fina e sensivel e a superficie, permitindo densidades de gravacao mais altas.A densidade de gravacao de um HD e medida em gigabits por polegada quadrada. Os HDs fabricados na segunda metade de 2006, por exemplo, utilizavam em sua maioria discos com densidade de 100 gigabits (ou 12.5 GB) por polegada quadrada. Neles, cada bit e armazenado em uma area magnetica com aproximadamente 200x50 nanometros (uma area pouco maior que a de um transistor nos processadores fabricados numa tecnica de 0.09 micron) e e composta por apenas algumas centenas de graos magneticos. Estes graos medem apenas alguns nanometros e sao compostos por ligas de cobalto, cromo, platina, boro e outros materiais raros, muito longe da limalha de ferro utilizada pelos pioneiros.Considerando que os discos giram a 7200 RPM e a cabeca de leitura le os dados a mais de 50 MB/s (quando lendo setores sequenciais), atingir densidades como as atuais e simplesmente impressionante.Este esquema mostra como funciona o processo de escrita e gravacao em um HD:Como voce pode ver, a cabeca e composta por dois dispositivos separados, um para gravacao e outro para leitura. O dispositivo de gravacao e similar a um eletroima, onde e utilizada eletricidade para criar o campo magnetico usado para realizar a gravacao. Nos primeiros HDs, tinhamos um filamento de cobre enrolado sobre um corpo de ferro. Nos HDs atuais, os materiais usados sao diferentes, mas o principio de funcionamento continua o mesmo.O dispositivo de leitura, por sua vez, faz o processo oposto. Quando ele passa sobre os bits gravados, capta o campo magnetico emitido por eles,
e nao horizontal. A cabeca de leitura e gravacao tambem e modificada, de forma a serem capazes de lidar com a nova orientacao:Embora pareca uma modificacao simples, o uso da gravacao perpendicular em HDs e uma conquista tecnica notavel. Em termos comparativos, seria como se a NASA conseguisse enviar uma missao tripulada ate Marte.O processo de gravacao perpendicular foi adotado rapidamente por todos os principais fabricantes. O primeiro foi a Fujitsu, que lancou um HD de 1.8" com gravacao perpendicular ainda em 2005. A proxima foi a Seagate que, em abril de 2006, anunciou o Barracuda 7200.10, um disco de 3.5" com 750 GB. Em agosto de 2006 a Fujitsu anunciou um HD de 2.5" com 160 GB, e em janeiro de 2007 a Hitachi anunciou o Deskstar 7K1000, um HD de 3.5" com 1 TB, que utilizava um design incomum, com 5 platters em vez dos 4 comumente usados.Em seguida, temos a questao do diametro dos discos. Como vimos, os primeiros HDs eram gigantescos, e utilizavam discos de ate 24 polegadas de diametro. Com o passar das decadas, os discos foram encolhendo, ate chegar ao que temos hoje.Mas, assim como tudo na vida, existem receitas ideais para o tamanho dos discos magneticos, de acordo com a area onde eles serao utilizados.O problema em produzir discos muito compactos e que a superficie de gravacao fica exponencialmente menor, permitindo gravar um volume menor de dados. Apesar disso, os demais componentes continuam custando quase o mesmo (ou ate mais, dependendo da escala de miniaturizacao necessaria). Isso faz com que o custo por megabyte cresca, conforme o tamanho fisico do HD diminui. Um exemplo pratico disso e a diferenca no custo por megabyte entre os HDs de 2.5" para notebooks e os modelos de 3.5" para desktops.A partir de um certo nivel de miniaturizacao, o custo por megabyte se torna mais alto que o dos cartoes de memoria Flash, e os HDs deixam de ser viaveis. O melhor exemplo e o HD de 0.85" apresentado pela Toshiba em 2005, que tinha como objetivo atender o mercado de palmtops e smartphones. Ele era tao pequeno que podia ser produzido no formato de um cartao SD e possuia um consumo eletrico baixissimo:O problema e que ele seria lancado em versoes de apenas 2 e 4 GB, com precos a partir de US$ 150. Com a rapida queda no custo da memoria Flash, logo surgiram cartoes de 2 e 4 GB que custavam muito menos, de forma que o mini HD acabou nao encontrando seu lugar no mercado e foi descontinuado silenciosamente.O interessante e que o oposto tambem e verdadeiro. HDs com discos muito grandes tambem acabam sendo inviaveis, pois sao mais lentos e mais passiveis de problemas que HDs baseados em discos menores. Isso se deve a varios fatores.O primeiro e a questao da rotacao, ja que discos maiores sao mais pesados e demandam um maior esforco do motor de rotacao, consumindo mais energia e gerando mais calor e mais barulho. Discos maiores tambem acabam sendo menos rigidos, o que impede que sejam girados a velocidades muito
altas e tornam todo o equipamento mais sensivel a impactos. Dobrar o diametro dos discos faz com que a rigidez proporcional seja reduzida em ate 75%.O segundo e a dificuldade de producao. Com o avanco da tecnologia, a midia de gravacao precisa ser cada vez mais fina e uniforme. Quanto maiores os discos, mais dificil e recobrir toda a superficie sem o surgimento de um grande numero de pontos defeituosos.Como se nao bastasse, temos o terceiro motivo, que e o maior tempo de acesso, ja que com uma superficie maior as cabecas de leitura demoram muito mais tempo para localizar os dados (justamente devido a maior distancia a ser percorrida). Se combinarmos isso com a velocidade mais baixa de rotacao, acabamos tendo uma reducao muito grande no desempenho.Isso explica porque os HDs com discos de 5.25" usados nos primeiros PCs foram rapidamente substituidos pelos de 3.5". O pico evolutivo dos HDs de 5.25" foram os Quantum Bigfoot, produzidos ate 1999, em capacidades de ate 18 GB. Embora eles armazenassem um maior volume de dados por disco, a velocidade de rotacao era bem mais baixa (apenas 3600 RPM), os tempos de acesso eram maiores e, ainda por cima, a durabilidade era menor.Os HDs de 3.5" e de 2.5" atuais parecem ser o melhor balanco entre os dois extremos. Os HDs de 3.5" oferecem um melhor desempenho, mais capacidade de armazenamento e um custo por megabyte mais baixo (combinacao ideal para um desktop), enquanto os HDs de 2.5" sao mais compactos, mais silenciosos, consomem menos energia e sao mais resistentes a impactos, caracteristicas fundamentais no caso dos notebooks.Temos ainda os HDs de 1.8" (mais finos e do tamanho de um cartao PCMCIA), que sao usados em notebooks ultra-portateis, alem de mp3players e alguns dispositivos de armazenamento portatil, mas eles oferecem um custo por megabyte mais alto, o que tem feito com que eles percam espaco para os SSDS.Uma quarta categoria, atualmente extinta, sao os microdrives. Eles utilizavam discos de 1" (pequenos o suficiente para serem produzidos no formato de cartoes CompactFlash) e eram destinados ao uso em palmtops e players de midia. Eles foram utilizados no Palm Life Drive (4 GB) e tambem no iPod Nano (4 e 8 GB), mas acabaram perdendo seu espaco para os cartoes de memoria Flash. A Hitachi chegou a anunciar o desenvolvimento de microdrives de 20 GB, utilizando tecnologia de gravacao perpendicular, mas a producao em serie acabou sendo cancelada, pois o preco de venda seria mais alto que o da mesma quantidade de memoria Flash.Para organizar o processo de gravacao e leitura dos dados, a superficie dos discos e dividida em trilhas e setores. As trilhas sao circulos concentricos, que comecam no final do disco e vao se tornando menores conforme se aproximam do centro. E diferente de um CD-ROM ou DVD, onde temos uma espiral continua.Cada trilha recebe um numero de enderecamento, que permite sua localizacao. A trilha mais externa recebe o numero 0 e as seguintes recebem os numeros 1, 2, 3, e assim por diante. Para facilitar ainda mais o acesso aos dados, as
trilhas se dividem em setores, que sao pequenos trechos de 512 bytes cada um, onde sao armazenados os dados.Alem das trilhas e setores, temos tambem as faces de disco. Como vimos, os HDs atuais possuem de 1 a 4 discos. Como sao utilizadas ambas as faces de cada disco, temos um total de 2 a 8 faces e o mesmo numero de cabecas de leitura.Como todas as cabecas de leitura estao presas no mesmo braco movel, elas nao possuem movimento independente. Para acessar informacoes armazenadas na trilha 199.982 da face de disco 3, por exemplo, a controladora do disco ativa a cabeca de leitura responsavel e, a seguir, ordena ao braco de leitura que se dirija a trilha correspondente. Nao e possivel que uma cabeca de leitura esteja na trilha 199.982 ao mesmo tempo que outra esteja na trilha 555.631 de outro disco, por exemplo.Ja que todas as cabecas de leitura sempre estarao na mesma trilha de seus respectivos discos, deixamos de chama-las de trilhas e passamos a usar o termo "cilindro". Um cilindro nada mais e do que o conjunto de trilhas com o mesmo numero nos varios discos. Por exemplo, o cilindro 1 e formado pela trilha 1 de cada face de disco, o cilindro 2 e formado pela trilha 2 de cada face, e assim por diante. Esta antiga ilustracao da Quantum mostra como funciona esta divisao:A trilha mais externa do disco possui mais que o dobro de diametro da trilha mais interna e, consequentemente, possui capacidade para armazenar um volume muito maior de dados. Porem, nos primeiros discos rigidos, assim como nos disquetes, todas as trilhas do disco, independentemente de seu diametro, possuiam o mesmo numero de setores, fazendo com que nas trilhas mais externas, os setores ocupassem um espaco muito maior do que os das trilhas mais internas.Tinhamos entao um grande espaco desperdicado, pois era preciso nivelar por baixo, fazendo com que todas as trilhas possuissem o mesmo numero de setores permitido pelas trilhas mais internas.Atualmente, os HDs utilizam o Zoned bit Recording (ZBR), que permite variar a quantidade de setores por trilha, de acordo com o diametro da trilha a ser dividida, permitindo uma organizacao mais racional do espaco em disco e, consequentemente, uma maior densidade de gravacao.O HD pode ter entao 1584 setores por trilha na area mais externa dos discos e apenas 740 na area mais interna, por exemplo. Como os discos giram sempre na mesma velocidade, isso causa um pequeno efeito colateral, que e uma consideravel variacao no desempenho de acordo com a area do disco que esta sendo lida, proporcional ao numero de setores por trilha.Trocando em miudos, o desempenho ao ler as trilhas mais externas acaba sendo mais que o dobro do obtido ao ler as mais internas. E por isso que, em geral, se recomenda colocar a particao com a instalacao do sistema, ou com a particao swap no inicio do disco (que corresponde as trilhas mais externas) para obter o melhor desempenho.Usando um programa de benchmark que permita realizar uma leitura sequencial de toda a superficie do HD, como