HD, Hard Disck, Winchester
O Disco Rígido ( em inglês = Hard Disk,
ou HD) é instalado no gabinete. É um disco rígido de vidro ou alumínio,
parafusado em um motor, e que possui uma superfície magnética. Como se fosse
uma agulha, uma pastilha de silício, permite a leitura e a gravação do disco.
Portanto o HD é um sistema de armazenamento de alta capacidade, que
possibilita armazenar arquivos permanentemente,
pois, ao contrário da memória RAM,
os dados gravados no HD não são perdidos quando se desliga o computador.
Ou seja, o Disco Rígido é o local onde se encontra a maior parte da memória
secundária, onde o computador armazena os programas e as informações que estão
sendo usadas, modificadas ou processadas. Uma característica desse tipo de
disco é que os dados gravados podem ser recuperados para a memória RAM,
modificados e novamente gravados, inúmeras vezes.
Apesar de também ser uma mídia magnética, um HD é muito diferente de um
disquete comum, ele é composto por vários discos empilhados que ficam dentro de
uma caixa hermeticamente lacrada já que, como gira a uma velocidade muito alta,
qualquer partícula de poeira em contato com os discos, poderia inutilizá-los
completamente. Assim, um disco rígido "nunca" deve ser aberto, a não
ser para fins educativos.
Fisicamente, os HDs são constituídos por discos, que são divididos em trilhas e
estas são formadas por setores. Para serem usados pelo computador, os HDs
precisam de uma interface de controle. Utiliza-se a IDE ("Intergrated
Drive Electronics"), SCSI ("Small Computer System Interface") e
SATA (Serial ATA). Essas últimas estão contando com a preferência dos
fabricantes e usuários.
Assim, todos os programas instalados ficam gravados no HD. E, também aí
ficam todos os nossos arquivos: trabalhos, gráficos, textos, músicas,
planilhas, fotos etc. Por isso, é necessário que o HD tenha uma boa capacidade
para armazenar tantos dados, ou seja, quanto maior for a capacidade do HD,
maior será a quantidade de dados que poderá ser armazenada.
A forma de armazenamento de dados do HD é magnética, por isso, para ler
os dados existe uma cabeça de leitura para transformar os dados magnéticos em
impulsos elétricos.
Parte da memória do HD, geralmente 10%, é utilizada pelo computador como
uma memória virtual, onde serão executadas diversas operações. Assim, se o
disco rígido estiver cheio, não conseguirá processar coisa alguma.
Depois de um certo tempo de uso, apagando e criando arquivos, instalando
e desinstalando programas, o disco rígido pode ficar excessivamente
fragmentado, ou seja, com pedaços de arquivos muito espalhados, contribuindo
para diminuir o desempenho do computador e causando lentidão.
Esse fato pode ser corrigido utilizando-se um programa do próprio sistema
operacional: o desfragmentador de disco, que tem como
finalidade básica o realinhamento contínuo dos arquivos e eliminação dos espaços
vazios. (Para saber como usar o desfragmentador de disco clicar aqui)
Um cuidado a ser tomado é evitar que o gabinete sofra algum
abalo, especialmente enquanto o computador estiver ligado. Também não se deve
desligar o computador antes do sistema encerrar todas as funções, pois isso
pode prejudicar o funcionamento do disco rígido.
Os primeiros discos rígidos tinham duas faces com capacidade
de 30 megabytes cada uma e tempo de acesso de 30 milissegundos.
Por coincidência, os rifles Winchester também eram chamados dessa
maneira, por possuírem calibre 30.30.
Alguém apelidou um hard disk de winchester e o apelido logo
passou a ser usado internacionalmente.
E,assim, a palavraWinchester por muito tempo, passou a ser muito usada para designar HDs de qualquer
espécie.
Por ser um sistema complexo e destacado, os discos rígidos merecem
muita atenção. Não só por isto: por ser o tipo de mídia mais utilizado
atualmente, os discos rígidos possuem importância vital para os
microcomputadores e principalmente para o usuário, que neles guardará todos os
programas e dados gerados.
Entender o funcionamento de um disco rígido é essencial, tanto do
ponto de vista da montagem e manutenção de microcomputadores, mas
principalmente, da recuperação de dados. O disco rígido - também conhecido como
disco fixo ou pelo seu apelido de Winchester - é uma das melhores formas de
gravarmos uma grande quantidade de informações para uso posterior (memória de
massa). A idéia de um disco rígido é simples: imagine um disquete que, ao invés
de ser flexível e removível, seja rígido e fixo a um sistema de controle. Uma
caixa preta onde isto é abrigado é o disco rígido.
Por ser lacrado, tal disco pode ter uma precisão muito maior: em
disquetes há uma tolerância em relação às trilhas do mesmo, pois um disquete
pode acomodar com uma certa folga dentro de uma unidade de disquete. Por ser
fixo, o tamanho da cabeça de leitura/gravação pôde ser reduzida sensivelmente.
Como conseqüência imediata temos um tamanho menor do campo magnético, possibilitando
a gravação de dados mais próximos uns dos outros. Com isto. Temos uma alta
quantidade de trilhas e setores em um só disco
Na verdade, não é utilizado um só disco, mas sim um conjunto
deles, 2, 3 ou 4, por exemplo. Para cada um desses discos, existe uma cabeça de
leitura e gravação específica fazendo com que, ao contrário das unidades de
disquete, que normalmente possuem duas cabeças, eles tenham várias cabeças, 4,
6 ou 8.
O motor do disco rígido faz com que o conjunto dos discos gire a
uma velocidade elevadíssima: 3600RPM. Com uma velocidade tão alta, uma simples
partícula de poeira eqüivaleria a uma grande explosão se em contato com a
superfície magnética. Por este motivo o disco rígido é um sistema lacrado e sem
contato direto com o meio externo.
Por estar girando tão rápido, cria-se um colchão de ar entre a
superfície magnética dos discos e as cabeças de leitura/gravação. Portanto,
quando em funcionamento, não há contato entre as cabeças de leitura/gravação e
a superfície magnética. Caso existisse este contato, as cabeças marcariam
inevitavelmente a superfície magnética, acarretando a perda de dados escritos
e, principalmente, a destruição imediata da mesma.
Quando há alimentação, o disco rígido entra em funcionamento
imediato, girando constantemente. Caso o motor do conjunto de pratos fosse
acionado somente quando acessado o disco rígido - como ocorre com os disquetes
dentro das unidades - a inércia faria com que os dados demorassem muito para
serem acessados. Portanto, para atingir uma velocidade de acesso rápida, os
discos giram constantemente. O gerenciamento de consumo elétrico existente em
alguns microcomputadores pode determinar, porém, períodos de intervalo no giro
do motor dos pratos, de modo a economizar energia.
Geometria dos Discos
Quando falamos em trilha, nos referimos a uma trilha de um
determinado disco isoladamente, já que, quando falamos em cilindro, queremos
nos referir a um conjunto de trilhas que ocupam a mesma posição espacial no
total de discos presentes no disco rígido. Por exemplo: quando dizemos trilha
0, podemos estar nos referindo à trilha 0 de qualquer disco presente no
acionador de disco rígido . No entanto, quando dizemos cilindro 0, estamos nos
referindo ao conjunto formado por todas as trilhas 0 presentes, totalizando todos
os discos existentes no acionador de disco rígido.
Em um disco rígido, a numeração dos setores não é feita
seqüencialmente em uma mesma face como nos disquetes, mas sim distribuída pelas
faces do disco. Para um melhor desempenho de busca em disco, os setores que
compõem um arquivo deverão estar seqüenciais. Se estiverem distribuídos pelas
faces de modo que o conjunto das cabeças não precise nem se mover, melhor
ainda. Um arquivo de 4 setores por exemplo, possuirá um tempo de acesso menor
se estes quatro setores forem lidos um por cada cabeça sem precisar mover o
conjunto. Caso contrário, se cada setor estiver em uma mesma face, será
necessário mover mais 3 vezes o conjunto das cabeças, o que gastará mais tempo.
Por este motivo, dizemos que MBR e o setor de boot estão no mesmo cilindro.
Sim, eles estão em um mesmo cilindro, porém em trilhas diferentes: cada trilha
está em uma face diferente.
Para sabermos a capacidade total de um disco rígido, devemos
conhecer a sua geometria. A geometria de um disco rígido é formada pelo número
de trilhas por face (ou cilindros), o número de faces (ou cabeças) e o número
de setores por trilha. Multiplicando-se estes três valores, teremos o número
total de setores do disco. Multiplicando-se o resultado por 512 (cada setor ainda
comporta 512 Bytes), teremos a capacidade total do disco rígido - ATENÇÃO - em
bytes. Para sabermos o resultado em MB, deveremos dividir o resultado
encontrado por 1.048.576, que é o valor em decimal de 1MB. Isto poderá causar
um pouco de confusão, principalmente em caso de arredondamentos.
Formatação Física x Formatação Lógica
Tanto disquetes como discos rígidos possuem dois tipos de
formatação, sendo que nos disquetes não há diferença tão essencial como quando
nos referimos a discos rígidos. Estes dois tipos de formatação podem ser
explicados da seguinte forma:
- Formatação em baixo nível: Também chamada de formatação
física, este tipo de formatação é a divisão da superfície da mídia
magnética em trilhas e setores.
- Formatação em alto nível: Também chamada de formatação
lógica, este tipo de formatação é a preparação dos setores para uso pelo
sistema operacional, além da inclusão do setor de boot, do diretório-raiz
e da FAT. Antes da formatação lógica, um disco rígido necessita da
definição da tabela de partição, para saber como será dividido. Desta
forma, o processo de formatação de um disco rígido seria:
|
Formatação
em baixo nível
Particionamento Formatação em alto nível |
Os discos rígidos vêm formatados em baixo nível de fábrica e,
dependendo da família a que pertença, ele não poderá ser reformatado em baixo
nível.
A Superficíe Magnética
O processo utilizado na magnetização de discos é conhecido como
plated media (mídia laminada). Este processo era caríssimo no começo, porém com
os anos de utilização seu custo caiu vertiginosamente. Hoje em dia, todos os
discos rígidos usam este processo, permitindo discos de altíssima capacidade
com alta confiabilidade em um mesmo espaço físico.
Modulação
As informações a serem gravadas sobre a superfície magnética são
digitais e a superfície magnética está preparada para armazenar somente campos
magnéticos. Há marcações especiais a serem gravadas, como por exemplo
"início de setor", "fim de setor" e dados de conferência de
erros. Caso não existissem marcações deste tipo, os dados poderiam ser
confundidos facilmente. Cada informação a ser gravada sobre a superfície
magnética é codificada de maneira que signifique uma seqüência particular de
campos sobre a superfície magnética, de modo que não haja dúvida em relação ao
dado pretendido. Esse esquema de codificação é chamado também de modulação.
Particionamento
O particionamento de um disco rígido é um processo indispensável,
mesmo que você utilize o disco rígido inteiro com uma só partição. Aliás, este
é o procedimento mais comum. O Particionamento é feito no momento da instalação
do sistema operacional pela primeira vez. Após o Particionamento o disco deverá
ser formatado.
Conexão ao Microcomputador
A interface controladora é quem realmente controla o disco rígido
e ela tem muito trabalho. Todos os dados lidos pelo disco rígido são enviados à
interface, porém, ainda não "preparados" para uso. São enviados à
interface tanto os dados em si quanto os sinais de sincronismo destes dados.
Cabe à interface prepará-los, um processo conhecido como separação de dados. E
como erros ocorrem - principalmente perda de dados - a interface pede ao disco
rígido uma releitura dos dados, tornando lento o processo. Quem realmente
controla o disco rígido é a interface. Uma vez formatado, um disco rígido
seguindo um determinado padrão, não será possível o mesmo ser utilizado por
outra interface, a não ser que seja reformatado.
SCSI - (Small Computer System Interface)
O SCSI não é apenas um padrão de discos rígidos. É um padrão de
ligação de periféricos em geral. E por motivo simples: à medida que foram
aparecendo cada vez mais periféricos eletrônicos digitais, nada mais justo que
os mesmos pudessem ser conectados ao microcomputador. E nada mais lógico do que
padronizar tal conexão. É fácil imaginar, por exemplo, um aparelho de CD.
Podemos ligá-lo ao microcomputador através de uma porta SCSI. E tal ligação é
simples. Todo o controle do aparelho de CD está onde? Na interface? Não! No
próprio aparelho de CD. A interface SCSI trabalha extremamente "folgada",
pois todo o controle de periféricos está no próprio periférico e isto é muito
importante. Na verdade, não existe uma "controladora" SCSI, mas uma
interface, um host SCSI, responsável somente pela troca de dados entre o
microcomputador e o periférico. Por que falamos então desta fabulosa interface
se estamos tratando de discos rígidos? Porque existem discos rígidos
inteligentes que trabalham no padrão SCSI. Apesar da utilização de discos
rígidos SCSI ser algo mais ou menos recente - é muito crescente, principalmente
no armazenamento de altas capacidades de dados, da ordem de GB para cima - os
microcomputadores Macintosh e Amiga sempre trabalharam com a interface SCSI.
Fora discos rígidos, praticamente qualquer aparelho eletrônico atual pode ser
ligado a interfaces SCSI. Há uma nítida tendência para a construção de
periféricos que a utilizem. Portanto, para qualquer periférico novo que surja,
não hesite em prognosticar que utilizará uma interface SCSI. Entre os
periféricos que podem ser conectados à interface SCSI podemos citar:
- Discos rígidos de alta performance;
- Drivers de CD-ROM;
- Scanners de mesa;
- Zip drive;
- Fitas Streammer
- Fitas Dat
A instalação física é muito interessante. Todos os periféricos são
ligados em cadeia, um após o outro. Em cada cadeia SCSI podem ser conectados
até 8 dispositivos SCSI, cada um recebendo uma identificação, um ID. Assim, o
primeiro dispositivo recebe ID0 e o ultimo ID7. Dentro de uma cadeia SCSI, o
próprio host SCSI é tratado como um dispositivo qualquer. Desta maneira, deverá
ocupar também um ID. No caso do host SCSI ele deverá utilizar obrigatoriamente
o ID7. No caso de discos rígidos, eles só poderão utilizar o ID0 e o ID1. Se
você quiser que o disco rígido dê boot, deverá obrigatoriamente atribuir o ID0
a ele. Isto é feito no próprio periférico, através de um jumper. Os demais
periféricos poderão utilizar qualquer ID, de acordo com o gosto pessoal do usuário.
A única regra: dois periféricos não poderão utilizar o mesmo ID, caso contrário
haverá conflito e não funcionarão. Em termos de prioridade, ID7 possui maior
prioridade e ID0, a menor.
O SCSI tradicional é um padrão de 8 bits que utiliza um cabo de 50
pinos para a conexão dos periféricos. Sua taxa de transferência fica em torno
de 5 Mbps. O host SCSI é , portanto, uma interface de 8 bits. Algumas mudanças
no padrão SCSI foram feitas de modo a melhorar o desempenho. Estas mudanças
foram padronizadas no que é conhecido como padrão SCSI-2 que consiste
basicamente em duas técnicas:
- Wide SCSI: Aumento do tamanho da palavra de 8 bits para
16 ou 32 bits. A taxa de transferência sobe para, respectivamente 10 Mbps
e 20Mbps. No entanto, para conseguir fazer este tipo de transferência com
um dispositivo SCSI, o cabo teve que ser aumentado. Um cabo Wide SCSI
possui normalmente 68 pinos. Portanto, ao adquirir um host Wide SCSI o seu
periférico deverá ser obrigatoriamente Wide SCSI, de modo que o dois
consigam se comunicar corretamente.
- Fast SCSI: Aumento da taxa de transferência. Pode ser
incluído no padrão SCSI tradicional de 8 bits ou no Wide SCSI de 16 ou 32
bits. A taxa de transferência sobe para, respectivamente 10 Mbps, 20Mbps e
40Mbps.
Instalação de Dispositivos SCSI
Na instalação de dispositivos SCSI devemos
escolher uma boa marca, e termos bastante atenção pois podem ocorrer problemas
de incompatibilidade. A configuração deverá ser feita com paciência, pois
utiliza canais de DMA níveis de interrupção, endereços de I/O e
possui ROM. Como possui ROM, poderemos fazer um shadow de modo a aumentar um pouco a performance
do sistema. O host SCSI normalmente utiliza IRQ11 e DMA0. Fisicamente, o host SCSI
tradicional geralmente possui 2 conectores: um conector externo padrão
centronics de 25 pinos, para conexão de dispositivos externos, tais como
Scanners de mesa e um conector interno de 50 pinos, para conexão de
dispositivos internos, tais como discos rígidos SCSI. O cabo SCSI não poderá
ultrapassar 6 metros, uma vez que quanto maior o cabo, maior o nível de ruído,
diminuindo-se a confiabilidade ou mesmo impedindo o funcionamento dos
dispositivos. Discos rígidos SCSI não devem ser instalados no setup do
microcomputador. A configuração para discos rígidos deverá ser deixada em
"Not Installed"
IDE (Integrated Drive Eletronis)
Apesar do padrão SCSI poder ser a solução real e
final para subsistemas de disco rígido, ele é um padrão caro. O host SCSI é
caro e o disco rígido SCSI também. No entanto, não devemos esquecer que não
possuímos qualquer limite de capacidade (teoricamente podemos construir discos
rígidos SCSI com capacidade infinita) e não temos problemas com ruído, já que
todo o controle está localizado dentro do próprio disco rígido.
A compaq estava determinada a criar um novo tipo
de disco rígido que fosse mais barato que o SCSI e que pudesse ter uma
capacidade de armazenamento mais elevada. O grande problema em relação ao
aumento de capacidade estava no ruído existente no caminho entre o disco rígido
e a interface controladora, que fazia com que a interface pedisse diversas
retransmissões de dados por divergência.
A solução apresentada pela Western Digital foi
bem simples: se o problema é o ruído, vamos eliminá-lo, fazendo com que o cabo
de comunicação entre o disco rígido e a interface controladora seja o menor
possível. Esta empresa criou um disco rígido onde a interface controladora
estava integrada diretamente na mesma placa dos circuitos de controle do
mecanismo do disco rígido - ou seja, no próprio disco rígido. Com isto, o
problema de ruído foi simplesmente eliminado.
Esta tecnologia passou a ser chamada
apropriadamente de IDE (Integrated Drive Eletronics - Eletrônica de Drive
Integrada), que acabou por se tornar um padrão por seu relativo baixo custo.
Com a interface controladora integrada diretamente no próprio disco rígido,
bastava encaixa-lo no barramento do microcomputador. Algo como ligar
diretamente o disco rígido, sem interface alguma, a algum slot do
microcomputador. Os microcomputadores passaram a ter na placa-mãe um conector
miniatura, onde o disco rígido IDE era conectado diretamente, através de um
flat cable de 40 pinos. Este tipo de conexão passou a ser chamado ATA (ligação,
direta ao barramento ISA). Esta simplicidade logo tomou conta do
mercado, o que fez com que diversos outros fabricantes de disco rígido criassem
os seus próprios discos IDE, transformando o IDE em um padrão. Como a interface
IDE é muito simples de ser feita, os fabricantes começaram a integra-la em
outra interface já existente e necessária:
A multi I/O, que permite a comunicação de dados
e o controle de unidades de disquete.
Porem, havia ainda um grande problema em relação
ao motor de movimentação do conjunto das cabeças de leitura/gravação. De nada
adiantaria a tecnologia IDE se o disco rígido continuasse burro. Era necessária
a utilização de um sistema de motor inteligente. Passou-se a utilizar um novo
tipo de atuador, chamado voice coil. Estes servos podem estar em uma mesma face
de disco onde existam dados ou podem estar localizados em uma face totalmente
destinada aos sinais de servo. Portanto, não é estranho existir um disco rígido
de 5 lados (cabeças), mesmo sendo este um número ímpar: existem internamente 3
discos, ou 6 lados. Porém, 1 lado é utilizado para a orientação do motor,
através dos sinais de servo.
Mas.... e se formatarmos um disco rígido que
utiliza atuação por voice coil em baixo nível? Apagaremos todos os sinais de
servo, inutilizando o disco rígido permanentemente. Desta forma, os discos
rígidos IDE não podem ser formatados em baixo nível. Não há como rescrever os
sinais de servo; eles são somente para leitura. Discos rígidos mais modernos
fingem estar sendo formatados em baixo nível quando o usuário assim solicita. O
próprio disco rígido por ser inteligente, corta o sinal de formatação, apenas
movimentando o conjunto de cabeças, porém, não formatando o disco. MAS NÃO
CONVÉM ARRISCAR E ABUSAR DA SORTE. DISCO RÍGIDO IDE NÃO DEVE SER FORMATADO EM
BAIXO NÍVEL.
Os discos rígidos possuem uma pequena memória,
para um acesso mais rápido. Quando o sistema operacional lê um setor, o disco
rígido lê a trilha inteira e armazena nesta memória. Como é muito provável que
o próximo setor que o sistema operacional peça se encontre na mesma trilha, o
disco rígido não entregará ao microcomputador um setor recém-lido, mas os dados
constantes nesta memória. Esta é uma técnica conhecida como Disk Cache (Cache
de Disco).
Existem diversos tipos de disco rígido IDE de
diversos fabricantes e o BIOS necessita saber como realmente acessar um deles.
Isto é feito através do setup do microcomputador. A geometria (número de
cilindros, cabeças e setores por trila) do disco rígido IDE deve ser entrada no
setup, sendo gravada na memória CMOS. Para o acesso aos discos rígidos deste
padrão, o BIOS simplesmente consulta o conteúdo da memória CMOS para usar
corretamente as sub-rotinas de tratamento de disco rígido que o mesmo possui.
IDE (Avançado)
Tanto o padrão ATA como o BIOS se baseiam em
valores geométricos, (cilindros x cabeças x setores). Isto nos apresenta um
valor limite de 504 Mb (1024 cilindros x 16 cabeças x 63 setores), para o
tamanho do disco rígido, com o IDE avançado, que equipa a maioria dos
microcomputadores atuais, podemos definir no setup da BIOS valores maiores do
que 504 Mb.
No setup do BIOS, iremos encontrar as seguintes
opções de geometria do disco rígido:
|
NORMAL - Neste modo de operação o disco é tratado como IDE
normal e possui a antiga limitação de 1024 cilindros x 16 cabeças x 63
setores.
LBA (Logical Block Addressing, endereçamento Lógico de Setores) - Este é o modo IDE avançado. Aqui, baseado na geometria inserida no modo normal, o microcomputador converte automaticamente a geometria entrada para uma geometria que se encaixe perfeitamente à especificação IDE avançado. Use este modo para acessar discos rígidos IDE até 7,84 GB. LARGE - Similar ao anterior com uma grande vantagem: caso você esteja trabalhando em um microcomputador com barramento local e a interface IDE também seja de barramento local (VLB, PCI ou "On Board"), o acesso ao disco rígido se dará através de dados de 32 bits, agilizando o acesso ao disco. |
Uma vez formatado com uma geometria e modo, o
disco rígido só será acessado normalmente pela mesma geometria e modo. Se você
formatou um disco rígido em modo NORMAL, a única maneira de trocar de modo é
reformatando-o com a nova geometria e modo. Não se esqueça de que a habilitação
do modo LBA e LARGE deverá ser feita antes do Particionamento e formatação do
disco rígido. Uma vez formatado com uma geometria e modo, o disco rígido só
será acessado corretamente pela mesma geometria e modo.
Instalação de Dois Discos Rígidos IDE
A instalação de dois discos rígidos IDE pode ser
complicada. Vejamos por que: se tivermos dois discos rígidos, teremos duas
controladoras disputando quem controlará quem e quando poderão utilizar a
interface de comunicação com o microcomputador.A maneira de dois discos rígidos
IDE coabitarem uma mesma interface é feita somente de uma forma:
desabilitando-se a controladora embutida no outro disco rígido. Por este
motivo, dizemos que o disco com sua controladora desabilitada é escravo (slave)
do outro - que por sua vez é o mestre (master) do escravo.
Particularidades da Interface IDE
A fim de permitir a interligação de dispositivos
como CD-ROM IDE e unidades de fita para backup, uma Segunda padronização de
comunicação IDE foi criada, chamada ATAPI (AT Attachement Packet Interface). A
partir desse momento, os fabricantes começaram a denvolver interfaces IDE que
permitissem os dois tipos de comunicação: a ATA, utilizada por discos rígidos,
e a ATAPI utilizada por discos rígidos, unidades de CD-ROM IDE e unidades de
fita. Fisicamente esta adoção resultou na utilização de interfaces IDE com duas
portas: uma primária ATA utilizando a IRQ14 e uma secundária ATAPI utilizando a
IRQ15. Os microcomputadores mais recentes permitem a entrada de até quatro
discos rígidos, e com as novas atualizações podemos Ter até 4 portas IDE.
Funcionamento do HD
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