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Discos Rígidos e Tecnologias Conheça mais sobre o funcionamento dos discos rígidos e tecnologias associadas.

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No Disco Rígido, também chamado de Hard Disk (HD), são armazenados os programas, arquivos e dados utilizados pelo sistema e pelo usuário. As informações nele armazenadas ficam gravadas, não sendo perdidas quando o computador é desligado.

O Disco Rígido pode ser considerado como uma das partes mais importantes do sistema por guardar todas as informações e programas usados pelo usuário.

Internamente o HD é constituído de discos de alumínio, revestidos com material que permite a gravação magnética em sua superfície. Estes discos rodam em velocidade alta e constante e o acesso a sua superfície é feita através de cabeças de leitura/gravação magnética que se movimentam para dentro e para fora da superfície dos discos internos. Um motor movimenta os discos em velocidade alta e constante, chegando a até 10.000 rotações por minuto (rpm). As velocidades típicas utilizadas hoje em dia variam de 3.500 rpm / 10.000 rpm. Quanto maior a velocidade de rotação, maior a velocidade de transferência de dados.

Assim, o motor faz com que os discos permaneçam rodando continuamente. As cabeças de leitura/gravação são fixadas em uma haste que, através de outro motor, são movimentadas para dentro e para fora da superfície dos discos.

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Identificando as Partes do HD:









Representação de Setores no HD:



 

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Tipos de Interfaces: EIDE / SCSI


Os tipos de interfaces utilizadas nos discos rígidos são a EIDE ,que normalmente estão implementadas na própria placa mãe, e a interface SCSI.

Devido a limitação no passado dos discos EIDE , os SCSI eram utilizados quando necessitávamos de altas capacidades de armazenamento. Atualmente os discos tipo EIDE já alcançam altas capacidades de armazenamento , a custos bem inferiores se comparados com discos tipo SCSI. O preço da interface também é bem inferior no EIDE se comparado com a SCSI.

A interface EIDE, através de sua controladora primária e secundária, permite a ligação de até quatro dispositivos (HD, CD-ROM, etc). Já a interface SCSI permite a ligação de 7 dispositivos ou 15 dispositivos nas do tipo "Wide SCSI". A velocidade de transferência de dados na interface SCSi é superior a EIDE.

Assim para aplicações comerciais pesadas onde necessitamos grande capacidade de armazenamento de informações, varios tipos de periféricos conectados ao sistema ao mesmo tempo bem como alta velocidade de processamento, a interface SCSI e' recomendada. Para aplicações não comerciais ou comerciais "leves" , a interface EIDE é a mais indicada.

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Ultra DMA / Ultra ATA :

O uso desta tecnologia permite que alcancemos performances superiores que os sistemas convencionais. Vamos abordar a Ultra DMA-33 e Ultra DMA-66.

 

Ultra DMA-33:

O modo Ultra DMA, também chamado de Ultra ATA , permite a transferência de dados entre o HD e sua  interface  na velocidade de 33.3MB por segundo.

Como comparação, o uso da interface convencional, a velocidade de transferência é de 16.6MB por segundo.

Para o uso desta tecnologia os seguintes parâmetros são requeridos:

1) Sistema Operacional compatível com a tecnologia Ultra DMA
2) Bios da placa CPU compatível com a tecnologia Ultra DMA
3) Disco rígido compatível com Ultra DMA

 

Sistemas Operacionais x Suporte Ultra DMA:

• DOS: não suporta Ultra DMA

• Windows 95: suporta se realizada sua atualização.O driver de software existente suporta apenas o modo PIO. Para suporte Ultra DMA, é necessária a atualização do driver "Intel Bus Master DMA"

• Windows 95 OSR2: suporta se realizada sua atualização. O driver de software existente suporta apenas o modo DMA, não suportando o CRC. Para suporte Ultra DMA, é necessária a atualização do driver "Intel Bus Master DMA".

• Windows 98: suporta Ultra DMA em todas suas funções.

 

Benefícios da Tecnologia Ultra DMA:

• Permite a utilização dos discos tipo Ultra DMA em placas de CPU que não suportam este modo. Neste caso, apenas os benefícios do Ultra DMA serão perdidos.

• Aumento da performance do sistema dobrando a velocidade de transferência de dados entre o sistema / HD. Permite  também a fabricação de discos de alta capacidade de armazenamento que podem ser conectados nas interfaces das placas de CPU atuais.

• Ultra DMA incorpora mecanismo de correção de erro tipo CRC (cyclical redundancy checking) aumentando a confiabilidade do sistema e garantindo a integridade dos dados armazenados . Se uma condição de erro é verificada , a operação de transferência de dados é repetida de modo a assegurar sua integridade. NoUltra DMA, o sistema CRC protege os dados lidos e escritos.

• A tecnologia Ultra DMA é 100% compatível com a Fast ATA-2 (EIDE) e IDE utilizadas atualmente. Isto permite a ligação do disco Ultra DMA na interface atual da placa de CPU, com o mesmo cabo IDE de 40 pinos. Entretanto, para o aproveitamento dos benefícios da tecnologia Ultra DMA, o sistema deverá ser também compatível com Ultra DMA conforme descrevemos acima.

• Suporte a múltiplos drives conectados a um mesmo cabo de sinal.

 

Ultra DMA-66:

A tecnologia Ultra DMA-66 permite a utilização de todos os benefícios da Ultra DMA-33, com velocidade de transferencia de dados em 66MB por segundo (o dobro da Ultra DMA-33). Para sua utilização, é requerido o uso de placa mãe com Bios que suporte esta tecnologia.

Devido a alta velocidade que torna o sistema mais sensível a ruídos e problemas, o cabo IDE que conecta o HD a interface IDE ao, sistema utiliza 80 condutores, onde condutores de sinais e  de aterramento são intercalados. Em sua extremidade o mesmo conector padrão IDE é utilizado.  Os benefícios da interface EIDE, bem como a utilização de CRC (Cyclic Redundancy Check) para a verificação de erro  são também utilizados.

Os discos rígidos com tecnologia Ultra DMA-66 podem ser utilizados sem problemas nos sistemas convencionais IDE e nos Ultra DMA-33 sem problemas, a não ser a perda de performance que seria alcançada com o uso de interface compatível a Ultra DMA-66.

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A Estrutura FAT do Sistema de Arquivos no Disco Rígido

Uma das principais funções do Sistema Operacional é a de gerenciar o uso do disco e as informações nele contidas. O ponto chave e’ como o sistema irá gerenciar o armazenamento das informações guardadas no disco e como irá acessá-las, controlando também quais áreas estão ocupadas ou livres. Um modo é através da existência da Tabela de Alocação de Arquivos (FAT) que descrevemos neste item.

As estruturas lógicas de mais altos níveis no disco é conhecida como MBR (Master Boot Record) – área de gravação principal de informações de inicialização do sistema e a Tabela de Partição que definem o caminho de acesso ao disco bem como sua organização interna. A um nível abaixo, temos a Área de Estrutura do Disco , que contém informações sobre os arquivos e diretórios armazenados no disco. Abaixo abordamos a estrutura interna lógica do disco existente em seu sistema.

Setor de Boot

O Setor de Boot é a área principal de controle do disco, que contém informações de seu conteúdo e dos programas de inicialização do computador, que são executados quando o equipamento é ligado.

 

Tabela de Alocação de Arquivos (FAT) e Unidade de Alocação (Cluster)

A área onde são guardadas informações do sistema de arquivos é chamada de Tabela de Alocação de Arquivos (FAT) .

A menor unidade de espaço em disco que qualquer programa pode acessar é chamada de Setor, com tamanho fixo de 512 bytes .

Por enquanto que dados são guardados em setores de 512 bytes no disco rígido (devido a razões de desempenho do sistema), setores individuais não são alocados para o armazenamento de arquivos. A razão para isto é que este tipo de estrutura iria demandar muito tempo de acesso e espaço utilizado para guardar os arquivos nos setores de pequeno tamanho. Em outras palavras, os arquivos seriam partidos em vários pedaços de modo a caberem dentro dos setores de 512 bytes cada um.

Em vez de usar este processo, o disco rígido e’ dividido em pedaços maiores, chamados Clusters, ou Unidades de Alocação. Cada Cluster contém um grupo de setores em seu interior. De modo geral, o tamanho do Cluster varia de 2.048 bytes (contendo 4 setores cada) a 32.768 bytes (contendo 64 setores cada). O tamanho do disco irá determinar o tamanho do Cluster.

A Tabela de Alocação de Arquivos – FAT – e’ o local onde as informações sobre os Clusters são armazenadas. Cada Cluster possui seu endereço de acesso na FAT, onde existe também informações de seu conteúdo. Desta forma, o Sistema Operacional obtém informações sobre os arquivos existentes no HD, sua localização, espaço livre em disco, etc.

A Tabela de Alocação de Arquivos é armazenada no disco na área imediatamente após o Setor de Boot . Cada área alocada no disco possui duas cópias idênticas de sua FAT objetivando a segurança do sistema. Em caso de problemas na área de FAT (que possivelmente acarretará perda de dados), o sistema tentará usar a Segunda cópia da FAT para restaurar os dados do sistema.

No sistema FAT, setores individuais não são usados isoladamente. Eles são agrupados , sendo que estes agrupamentos passam a se chamar Cluster ou Unidade de Alocação. O tamanho do Cluster é determinado basicamente pela capacidade de armazenamento do disco e e’ definido durante a fase em que geramos a partição do HD. O tamanho do Cluster reflete diretamente na performance e desempenho do HD.

Cada arquivo será alocado em um número fixo de Clusters. Se o sistema utiliza Clusters do tamanho de 32.768 bytes e armazenamos, por exemplo, um arquivo de 43.000 bytes, dois Clusters serão utilizados e a área que sobra de 25.536 bytes não poderá ser utilizada por outro arquivo, ficando perdida até que este arquivo seja apagado . O próximo arquivo a ser armazenado em disco deverá utilizar um novo Cluster.

A eficiência e desempenho do disco esta diretamente ligado ao tamanho do Cluster, O sistema FAT32, que utiliza tamanhos de clusters menores que os usados com FAT16 permitem a utilização com maior eficiência de nosso HD

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FAT 32 x FAT16  e Partição do Disco:

O sistema FAT16 surgiu na época do DOS. A versão original do Windows 95 e o próprio Windows NT também utilizavam a FAT16, com todas suas limitações que já descrevemos anteriormente.

A maior limitação do uso de FAT16 é em relação ao reconhecimento do disco rígido que só era reconhecido com capacidade de até 2GB. Para discos de maior capacidade, a divisão do disco em 2 ou mais discos lógicos era requerida. Assim, um HD de 4GB poderia ser dividido em 2 discos de 2GB, o que o tornava compatível com o sistema FAT16. Este problema foi superado com o uso de FAT32.

Um ponto muito importante a ser considerado é o tamanho do cluster ou unidade de alocação. 

A tabela abaixo mostra o tamanho designado de cluster para cada tamanho de disco, em função do tipo de FAT utilizada.

 

FAT16 x FAT32
Tamanho Partição	FAT16 Tamanho cluster	FAT32 Tamanho Cluster
até 128MB	2K	Não se aplica
128MB<256MB	4K	Não se aplica
256MB<512MB	8K	Não se aplica
512MB<1GB	16K	4K
1GB<2GB	32K	4K
2GB<8GB	Não se aplica	4K
8GB<16GB	Não se aplica	8K
16GB<32GB	Não se aplica	16K
32GB OU MAIS	Não se aplica	32K

Importante notarmos que, quanto maior o tamanho da partição, maior o tamanho do cluster. Em outras palavras, maior poderá ser a área desperdiçada no HD. 

Vamos usar como exemplo uma partição de 1GB usando FAT16. Neste caso, o tamanho de cada  cluster é de 32kb. Assim, se um determinado dado com 2kB for lá armazenado, o espaço restante não poderá ser usado e um novo dado será gravado no próximo cluster. Por este motivo, muitas vezes é recomendada a divisão de discos de altas capacidades em mais de uma unidade. 

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Alguns pontos importantes:

Master x Slave:

Quando ligamos dois dispositivos IDE em uma mesma porta , necessitamos configurá-los como principal e secundário, ou seja Master / Slave. Só deste modo eles funcionarão e serão reconhecidos corretamente pelo sistema. Isto é válido para todos os dispositivos IDE, como por exemplo os discos rígidos, unidades de CD-ROM, unidades de Zip Drive, etc.

Nas figuras acima podemos visualizar os pinos (jumper) de configuração do HD. Dependendo de sua posição, o HD será reconhecido como unidade principal ou secundária (Master / Slave)

 

Normalmente sobre o HD encontramos as informações de suas configurações. Note que as figuras no lado direito da foto mostram as configurações para Master e Slave.

 

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Cabos de ligação do HD:

Encontramos hoje no mercado os discos tipo Ultra DMA-33 e Ultra DMA-66 . Os Ultra DMA-66 requerem um cabo de ligação especial, que na verdade incorpora um fio de blindagem entre cada fio de sinal. Este cabo especial é requerido, devido a alta velocidade do disco Ultra DMA66. O uso de cabo convencional causará problemas e instabilidade no sistema.

Cabo de conexão para HD convencional ou Ultra DMA-33	Cabo de ligação para HD Ultra DMA-66

 

Um disco padrão Ultra DMA-66 ligado em uma placa mãe antiga, funcionará no padrão Ultra DMA-33. Esta configuração poderá ser usada sem nenhum problema. A figura abaixo mostra justamente um disco Ultra DMA-66 ligado em um cabo IDE convencional.

Cabo de sinal encaixado no conector IDE. Note que o cabo tem um dos lados marcado de vermelho. Normalmente ele indica a posição do pino 1, que geralmente fica o mais perto possível do conector de alimentação

 

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Recomendações finais:

Discos de Altas Capacidades x Computadores Antigos

Problemas podem ocorrer quando tentamos utilizar os novos HD's de altas capacidades de armazenamento em computadores com placas mãe antigas, que não os suportam. 

Um problema comum é  a limitação do tamanho do HD reconhecido pelo sistema.  Os discos são reconhecidos com apenas 8.4GB de capacidade, apesar de serem bem maiores (10GB, 13GB, 20GB, etc). 

Nestes casos, uma ótima tentativa de solução do problema, com cerca de 90% de chances de sucesso , é  a utilização dos programas gerenciadores que os fabricantes dos discos disponibilizam nos seus sites. 

Identifique o tipo, fabricante e modelo de seu disco rígido (normalmente escrito na etiqueta colada no corpo do HD), vá ao site do fabricante e copie o programa gerenciador. Verifique também o procedimento de como realizar sua instalação.

 

Informações do HD - Área de FAT

Um método rápido de visualizarmos as informações do HD de nosso computador em relação a área de FAT, número de partições, etc é utilizarmos o comando: 

fdisk/status

Em Iniciar / Programas, selecione Prompt do MS-DOS . Na janela que se abrirá digite fdisk/status .

 

Manuseio do disco

Nunca esqueça que o HD é sensível a  movimentos bruscos, quedas, estática e requer um cuidado todo especial. Consulte sempre nos sites dos fabricantes de HD a área de recomendações técnicas, instalação e manuseio.