Discos rígidos

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Leitura e escrita de dados

A coisa mais importante sobre a memória é não poder armazenar informações, mas poder encontrá-las mais tarde. Imagine armazenar um prego de ferro magnetizado em uma pilha de 1,6 milhões de pregos idênticos e você terá alguma idéia de quantos problemas seu computador teria se ele não usasse uma forma muito metódica de arquivar suas informações.

Quando o seu computador armazena dados no disco rígido, ele não atira pregos magnetizados para dentro de uma caixa, todos misturados. Os dados são armazenados num padrão muito ordenado em cada travessa. Cada faixa é dividida em áreas menores chamadas setores. Parte do disco rígido armazena um mapa de setores que já foram usados e outros que ainda estão livres. Quando o computador quer armazenar novas informações, ele dá uma olhada no mapa para encontrar alguns setores livres, então ele instrui a cabeça de leitura-escrita a se mover através da bandeja para exatamente o local certo e armazenar os dados lá. Para ler a informação, o mesmo processo é executado em reverse.

Como é que um computador electrónico manipula toda a granulometria mecânica num disco rígido? Existe uma interface (um equipamento de conexão) entre eles chamada de controlador. Este é um pequeno circuito que opera os atuadores, seleciona pistas específicas para leitura e escrita, e converte fluxos paralelos de dados indo do computador em fluxos seriais de dados sendo escritos no disco (e vice versa). Os controladores são incorporados na própria placa de circuito da unidade de disco ou parte da placa principal do computador (placa mãe).

Com tanta informação armazenada em tão pouco espaço, um disco rígido é uma peça de engenharia notável. Isso traz benefícios (como poder armazenar 500 CDs no seu iPod) – mas também inconvenientes. Um deles é que os discos rígidos podem dar errado se sujarem ou ficarem com poeira dentro deles. Um pequeno pedaço de pó pode fazer com que a cabeça de leitura-escrita salte para cima e para baixo, colidindo com o prato e danificando o seu material magnético. Isto é conhecido como uma colisão de disco (ou colisão de cabeça) e pode (embora nem sempre) causar a perda de toda a informação num disco rígido. Uma falha de disco geralmente ocorre do nada, sem qualquer aviso prévio. É por isso que você deve sempre manter cópias de backup de seus documentos e arquivos importantes, seja em outro disco rígido, em um disco compacto (CD) ou DVD, ou em um cartão de memória aflash.


Photo: A cabeça de leitura-escrita num disco rígido. 1) O braço do atuador balança a cabeça para trás e para a frente de modo que esteja na posição correta na unidade. 2) Apenas a minúscula parte extrema do disco rígido lê e escreve no prato. Tenha em mente que metade do que você está vendo na segunda foto é areflexão na superfície brilhante do disco rígido!

Quem inventou o disco rígido?

Como muitas inovações na computação do século 20, os discos rígidos foram inventados na IBM como uma forma de dar aos computadores uma memória de “acesso aleatório” rapidamente acessível. O problema com outros dispositivos de memória de computador, como cartões perfurados e bobinas de fita magnética, é que eles só podem ser acessados em série (em ordem, do início ao fim), então se o bit de dados que você quer recuperar está em algum lugar no meio da sua fita, você tem que ler ou scanear tudo, bem devagar, para encontrar a coisa que você quer. Tudo é muito mais rápido com um disco rígido, que pode mover sua cabeça de leitura-escrita muito rapidamente de uma parte do disco para outra; qualquer parte do disco pode ser acessada tão facilmente quanto qualquer outra parte. O primeiro disco rígido foi desenvolvido pela Reynold B. Johnson da IBM e anunciado em 4 de setembro de 1956 como a Unidade de Armazenamento de Disco IBM 350.

IBM engenheiros também foram pioneiros em disquetes, que eram discos magnéticos removíveis embalados em caixas plásticas robustas (originalmente 20cm ou 8in de diâmetro e envoltos em mangas plásticas flexíveis; mais tarde 133mm ou 5,25in de diâmetro e embalados em caixas plásticas resistentes). Desenvolvidos por Warren Dalziel da IBM em 1967 e vendidos pela primeira vez em 1971, tornaram-se extremamente populares nos microcomputadores (os precursores dos PCs) no final dos anos 70 e início dos anos 80, mas agora estão obsoletos. Com uma capacidade de armazenamento de apenas 1,44MB, eles foram completamente substituídos por “drives” USB flash que oferecem centenas ou milhares de vezes mais memória em um pequeno bastão de plástico uma fração do tamanho.

Artwork: O disco rígido original. Os engenheiros da IBM desenvolveram esta inovadora memória magnética (que, na linguagem IBM, foi chamada de DASD, pronunciada “das-dee”), através de um processo de melhoria contínua desde o início dos anos 50 em diante e receberam a sua patente final sobre o design em 1970. Pode-se ver que o mecanismo básico de leitura-escrita é exatamente o mesmo que nas unidades atuais: existem vários pratos (azul claro) compostos por setores individuais (azul escuro) que podem ser escritos ou lidos por várias cabeças de leitura-escrita (vermelho) montadas nas extremidades de atuadores deslizantes (laranja). Os pratos são girados por uma polia e um motor (verde), enquanto os atuadores são acionados por engrenagens e um motor (amarelo). A principal diferença entre este accionamento e um moderno é a incrível quantidade de maquinaria intrincada que este continha (que pode ler na patente original). Da patente americana 3,503,060: Dispositivo de armazenamento de discos magnéticos de acesso directo por William Goddard e John Lynott, IBM Corporation, 24 de Março de 1970, cortesia do US Patent and Trademark Office, com cores adicionadas para maior clareza.

Discos rígidos e SSDs comparados

Discos rígidos são experimentados e testados, de alta capacidade e baratos, mas eles também têm muitos inconvenientes. Uma questão é o tempo que leva para a cabeça de leitura-escrita chegar à parte certa do disco para acessar as informações que você deseja. O peso de um disco rígido e seu consumo relativamente pesado de energia também são problemas, especialmente em dispositivos móveis, como tablets e smartphones. A confiabilidade é outro problema. Como você já deve ter percebido pelo que acabou de ler, um disco rígido é uma engenharia de precisão maravilhosa, com muitas peças móveis intrincadas. Pode funcionar facilmente durante 20 anos, sem qualquer problema. Mas se você já sofreu uma falha na cabeça do disco rígido (uma falha mecânica grave causada por algo como sujeira em um dos pratos do seu disco rígido ou um choque mecânico repentino), e perdeu tudo o que você já armazenou no seu computador, isso não é nenhuma garantia: você saberá que um disco rígido cairá imediatamente de amor com você se você o tratar com menos cuidado do que merece.

Photo: As unidades SSD feitas com chips de memória (acima) estão substituindo os discos rígidos (abaixo).

Todos esses problemas – peso, consumo de energia, tempos de acesso e confiabilidade – podem ser resolvidos usando unidades de estado sólido (SSDs), que normalmente usam chips de memória flash em vez de pratos magnéticos giratórios. Os fabricantes de computadores têm se afastado dos discos rígidos, e em direção às SSDs, pelo menos na última década, em grande parte movidos pela tendência de afastamento dos computadores de mesa e em direção aos dispositivos móveis. Os iPods da Apple são um bom exemplo de como os tempos mudaram. Os iPods “clássicos” originais, lançados em 2001, são pouco mais do que discos rígidos, placas de som e baterias (você pode ver como é um disco rígido de iPod nas fotos acima); o disco rígido, em particular, era uma desculpa óbvia para a falha se você os levasse correndo ou os jogasse na sua bolsa. Com o iPod Touch, lançado em 2007, a Apple mudou decisivamente para a tecnologia SSD, tornando os leitores de música mais finos e leves no seu bolso, menos propensos a falhas mecânicas e dando uma duração de bateria muito melhor. É mais provável que você gaste os botões ou rache a tela de um iPod ou iPhone moderno do que danifique os chips de memória dentro dele.

Aqui está uma comparação muito rápida entre unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais e SSDs em algumas medidas chave:

HDD SSD
Tempo de acesso (ms) 10 0.1
Velocidade de leitura (MB/s) 50 – 100 200 – 500
Peso (g) 500 50
Consumo de energia (W) 6 2 – 3

Não há concurso? Os SSDs ganham de mão beijada? Não tão rápido! Se você está procurando comprar o máximo de armazenamento possível por pouco dinheiro, e você é menos exigente sobre coisas como consumo de energia e velocidade, os discos rígidos tradicionais ainda são a melhor relação custo-benefício. A partir de 2020, os SSDs ainda são um pouco mais caros por gigabyte do que os discos rígidos tradicionais, embora haja grandes variações de preço entre os diferentes tipos de SSDs e a diferença entre SSDs e discos rígidos está fechando ano a ano. Não espere que os discos rígidos do estilo antigo desapareçam até que essa diferença de preço feche substancialmente!

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