No mundo real a informação existe nas mais variadas formas, mas como é evidente não é de todo possível a um computador manipular informação cujo suporte físico seja por exemplo o papel, a memória humana ou o próprio ambiente...
As unidades de discos, são dispositivos magnéticos ou ópticos de suportes de informação digital, utilizados como sistema de armazenamento secundário de sistemas computadorizados. As unidades de disco caracterizam-se entre outras, por:
Abordar-se-á nesta secção a constituição genérica dum disco interno, fixo, rígido e magnético, ou seja um disco típico existente em praticamente qualquer computador. Este tipo de disco designa-se por Winchester (cidade inglesa onde foi desenvolvida a tecnologia mais importante que lhe está associada, o float on air).
Num disco Winchester distinguem-se 5 elementos fundamentais (Figura 5.1):
Figura 5.1 - Imagem dum disco tipo Winchester (a parte de cima da caixa foi emovida) [fonte]
Através do movimento rotacional dos discos, complementado pelo o movimento radial da cabeça em relação à superfície do disco e havendo cabeças de leitura e escrita para cada superfície (Figura 5.2), garante-se que toda a superfície de todos os discos físicos é acessível pelas cabeças.
Figura 5.2 - Esquema de constituição dum disco rígido (discos e cabeças) visto de topo (a) e de perfil (b)
Uma das características principais das unidades de discos, em contraponto às unidades de fitas (por exemplo), é a capacidade de acesso directo à informação, ou seja, não há necessidade de procurar sequencialmente a informação.
No entanto, um disco tem por norma uma capacidade de armazenamento enorme, podendo atingir as centenas de Gigabytes (GB). É necessário portanto desenvolver uma forma de organizar a informação armazenada, para que o acesso seja o mais eficiente possível. A solução passa por desenvolver uma forma de:
Por norma, a divisão lógica do disco, o endereçamento, é realizada segundo
características físicas do disco, ou seja, características definidas aquando do
fabrico, e por isso dificilmente alteráveis.
Existem 3 parâmetros para endereçar a área mínima do disco::
A divisão inicial baseia-se no número de cabeças existentes no disco. Cada unidade de disco tem um número fixo de discos físicos. Cada disco físico tem duas superfícies e para cada uma existe uma cabeça de leitura. Assim, o número de cabeças dum disco é duas vezes o número de discos físicos.
A divisão seguinte baseia-se no sincronismo das várias cabeças dos disco, ou seja,
quando uma cabeça acede a um ponto com determinada distância até ao eixo, todas as
outras cabeças acedem noutra superfície a um ponto com a mesma distancia até ao eixo.
Se considerarmos que os vários discos têm um movimento rotacional concêntrico, então,
os pontos com determinada distância até ao eixo formam um círculo, a que se dá o nome
de pista. As pistas são acessíveis pelo movimento radial das cabeças.
Todos os círculos com determinado raio, se unidos por um movimento de revolução duma
recta, formam um cilindro (Figura 5.3).
Figura 5.3 - Esquema de divisão do disco em pistas, formando cilindros.
O número de cilindros no disco é uma forma de divisão que torna os endereços mais exactos, contudo esta divisão ainda não é suficiente, pois cada pista contém demasiada informação para ser endereçada, pelo que o disco deveria ainda passar muito tempo à procura da informação em cada pista (como seria enviar uma carta a alguém colocando apenas a cidade como endereço).
Assim sendo, e uma vez que o disco tem um movimento de rotação sobre ele próprio, o mais lógico será dividir o disco em "fatias" (Figura 5.4). A estas fatias dá-se-lhes o nome de sectores e são acedidas pelas cabeças graças ao movimento rotacional do disco. Estando a cabeça numa determinada pista, com o moveimento rotacional do disco, todos os sectores dessa pista passaram pela cabeça.
Figura 5.4 - Divisão do disco em sectores.
Assim, o endereço final de uma zona da unidade de disco é definida por:
São estas características que vão definir a capacidade máxima do disco. Se cada sector armazenar com é típico, 512 bytes, então a capacidade do disco é dada pela fórmula:
O sistema de ficheiro é um dos componentes do Sistema Operativo, e como tal não faz parte do âmbito destas notas. No entanto, o sistema de ficheiros define alguns conceitos que se considera serem importantes sob o ponto de vista tecnológico.
Determinado disco (o melhor seria dizer, uma partição) tem um sistema de ficheiros específico, utilizável por determinados S.O. que o compreendem e manipulam correctamente. O sistema de ficheiros é definido no disco aquando da sua formatação. A formatação é um processo que define vários componentes lógicos do disco, tal como (Figura 5.5):
Figura 5.5 - Exemplo de formatação de disco (DOS/Windows 95/98)
A área mínima endereçável é o sector/cilindro/cabeça, ou seja, num caso típico 512 bytes. Acontece no entanto que esta é uma unidade demasiado pequena para ser endereçável. Por duas razões:
Como solução, o sistema de ficheiro cria internamente uma nova unidade mínima de endereçamento, e cujo tamanho é dependente do sistema operativo/sistema de ficheiros. Por exemplo:
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FAT File System, Cluster Size, and Large Hard Disks |
Sistema de ficheiros semelhantes ao Unix utilizam o conceito de inode. Existe também uma tabela de endereços, mas ao contrário, o tamanho do inode é fixado aquando da formatação, podendo ser de 1024, 2048, 4096 bytes. Cada ficheiro quando é criado é-lhe associado uma tabela de inodes, que contêm o endereço dos inodes que o ficheiro ocupa. Se por ventura o ficheiro ocupar mais inodes que aqueles permitido pela tabela, então o último inode aponta para uma nova tabela, permitindo o crescimento do ficheiro.
O que mais distingue e caracteriza um disco, é a forma como se interliga com o resto do sistema, ou seja, a forma como as ordens são recebidas e executadas, ou os dados transmitidos dum para o outro. O componente responsável por estas actividades designa-se por interface.
Os primeiros discos, desenvolvidos pela IBM em 1957, eram totalmente dependente do controlo externo, responsável por definir todas as acções do disco para que este cumprisse a sua missão. Tratam-se de ordens do tipo:
AVANÇA 2 PISTAS LÊ SECTOR x COM A CABEÇA yy ENVIA DADOS
Esta era uma solução mecânica/electrónica pouco fiável e bastante complicada, pois
tem de existir um perfeito sincronismo entre interface e unidade de disco, para que não
aconteça que as ordens sejam (por exemplo) enviadas rápidas demais do que a unidade tem
capacidade de processar, o que provocaria erros e a necessidade de reinicialização e
envio das ordens.
Em 1982, com o surgimento dos primeiros PC's da IBM, a norma que se afirmou foi o ST-506,
da Seagate.
A solução surgida consise em desenvolver no disco a capacidade de receber armazenar ordens vindas do controlador, sendo estas executadas posteriormente à velocidade máxima possível, mas sem ocorrência de erros. Chama-se a esta técnica buffered seek, e a norma de mercado que a notabilizou foi a ST-412.
A questão da perda de sequência por parte das cabeças era de tal forma sistemática e importante no primeiro modelo que esta solução permitiu que o foco de desenvolvimento passasse a questão das capacidades dos discos e velocidades de transmissão.
Assim, ao reconhecerem a necessidade de sistemas com maiores taxas de transferência
entre drive e interface, a Maxtor apresentou em 1983 a norma ESDI (Enhanced
Small Device Interface).
Novas e importantes características foram adicionadas à norma anterior:
Desde o início dos anos 80 que existe a interface/barramento a que se dá o nome de SCSI (Small Computer Standard Interface). Esta interface tem a particularidade de ser mais do que uma interface de discos ou interface de unidades de armazenamento de informação. Pode teoricamente ser utilizado para qualquer dispositivo externo, sendo este responsabilizado pela execução das suas tarefas através de comandos normalizados. Esta interface deverá ser entidida como um barramento de E/S para todo e qualquer dispositivo desenhado segundo a especificação. Algumas notas:
Nº de bits |
Capacidade de transferência |
Cabo |
Nº de |
||
| Standard (5 MHz) |
Fast (10 MHz) |
Ultra (20 MHz) |
|||
| 8 | 5 | 10 | 20 | 50 | 8 |
| 16 (Wide) | 10 | 20 | 40 | 68 | 16 |
Tabela 5.1 - Características e diferenças entre várias versões das normas SCSI.
Informação recente àcerca de SCSI:
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Parallel SCSI Grows, Shrinks and Stays the Same - Bill Ham, Digital Equipment |
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Ultra2 SCSI - The Evolution Continues: A White Paper by The SCSI Trade Association |
Por volta de 89-90 surgiu um novo tipo de interface denominada IDE (Integrated
Drive Electronics), sendo o seu nome correcto ATA (AT Attachment). Esta
norma tornou-se rapidamente um standard de mercado e é hoje em dia o tipo que mais se
utiliza em computadores pessoais.
Trata-se de um interface que agrupa muitas das características das outras interfaces:
Em 1994 surgiu a norma EIDE (Enhanced IDE), que para além da anterior dispõe de:
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EIDE Interface: Beyond the Performance and Connectivity Constraints of IDE; |
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Ultra ATA/66 Interface: Frequently Asked Questions. |
Tendo em consideração que apenas a norma EIDE e SCSi estão de momento activas no mercado, far-se-á uma pequena comparação entre as duas, referindo vantagens de desvantagens.
Resumindo, a interface SCSI é ideal para utilização em plataformas de S.O. multiprocessamento, como workstations e servidores médio-grande. A interface EIDE está vocacionada para computadores pessoais que necessitem de grande desempenho, mas cujo sistema operativo não retire potencialidades do desempenho do SCSI.
... mais informação: EIDE Vs. SCSI
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A importância dum disco rápido (em contraponto com um disco grande?). |
O problema dos discos de capacidade superior a 528MB; 2,1GB; 4,2GB e 8,4GB...
| ATA | AT Attachment, a designação correcta da interface IDE. |
| Buffered Seek | Característica de certos drives, que permite o armazenamento dos sinais (referentes a movimentos da cabeça), e que os usa posteriormente, à velocidade máxima possível. |
| CAM | Common Acess Method; especificações standard que permitirão aos programadores em diferentes ambientes, usar a mesma fonte de código para controle de dispositivos SCSI e IDE. |
| Cluster | Conjunto de sectores que corresponde à unidade mínima endereçável nos sistemas de ficheiros dos S.O. DOS e Windows 95/98. |
| inode | Conceito de endereçamento usado em sistemas de ficheiros de S.O. baseados em UNIX, que utiliza uma estrutura em árvore. Cada inode, se preenchido, aponta para um sector do disco onde o ficheiro tem alguma parte. |
| Interleave | Interleave serve para medir o número de rotações do disco necessárias para que a cabeça leia a informação. Por vezes, a capacidade de leitura e transmissão para o sistema não são suficientemente rápidas em comparação com a velocidade de rotação do disco, daí que a cabeça tenha de esperar por nova rotação do disco para terminar de ler. Como é evidente será desejável que o interleave seja 1:1 (ou seja necessário uma rotação para cada sector). Poder-se a ter interleave diferentes: 2:1 (necessário 2 rotações para per um sector). Hoje em dia qualquer disco tem interleave 1:1. |
| IPI | Intelligent Peripheral Interface, é a interface standard da unidades de disco de mainframes (servidores muito grandes), que permite cabos muito longos, controle distribuído, e uma alta taxa de transferência. |
| JAZ Drive | Tipo de disquete magnética desenvolvida pela IOMEGA de grande capacidade (1-2 GB) e desempenho, que o torna mais semelahnte a um disco removível que uma disquete. Funciona apenas através de interface SCSI, existindo em portátil (exterior). |
| MFM | Modified Frequency Modulation. Técnica de codificação magnética, também chamada de dupla-densidade. |
| Partição | É uma parte duma unidade de disco, definida em termos lógicos, e que será utilizada pelo sistema operativo como se se tratasse duma unidade de disco diferente. Uma partição pode conter todo o disco, ou pode partilhar o mesmo disco com várias outras. |
| RLL | Run-lenght-limited. Técnica de codificação magnética, na qual se usa um complexo sistema de separação de sinais, e que permite uma alta taxa de densidade de dados, permitindo assim aumentar a capacidade dum mesmo disco. |
| Separador de dados | Dispositivo que extrai dos sinais vindos do disco, os sinais de dados e os sinais de controle. |
| Taxa de repetição | Medida que especifica a frequência máxima com que a interface transmite os bits de dados. Multiplicando a taxa de repetição pelo número de bits transmitidos por ciclo, dá-nos a taxa de transferência. |
| Tempo de acesso | Medida que especifica o tempo que o disco demora a desde que
recebe o pedido de dados e a sua disponibilização para a interface. Mede-se normalmente
em milisegundos (ms). O normal hoje em dia são 8-12 ms, mas em tecnologias mais evoluídas conseguem-se tempos de acesso entre 0,5 e 1 ms. |
| Voice-coil | Possibilidade de especificação, por parte da interface, através de um número binário, qual a pista/cilindro que pretende atingir com a cabeça de leitura/escrita. |
| Zip Drive | Tipo de disquete magnética desenvolvida pela IOMEGA,
de média capacidade (100MB) que se interliga com o sistema através de:
Está muito vocacionada para pequenos backup's ou transferência de ficheiros. Alguns BIOS já disponibilizam funcionalidade imediata, o que implica que não seja necessário instalar qualquer tipo de software, como acontecia até há pouco tempo. |
| Zone Density Recording (ZDR) | Tecnologia que permite dividir o disco em zonas de diferentes capacidades, permitindo
assim optimizar o espaço dos sectores mais distantes do centro do disco. Ou seja, a área
exterior do sector é maior que a área interior do sector. Assim, a área exterior pode
conter mais dados que interior, pelo que se definem mais sectores nas pistas mais
exteriores que nas interiores.
No entanto, como a BIOS tem pré-definido um número fixo de sectores por pista, implica
que o disco traduza as zonas lógicas em zonas reais. À tecnologia que permite a
diferenciação de sectores por pista e posteriormente realiza a tradução, denomina-se zone
density recording. |
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Mais termos ou analisados de outra forma |
É objectivo deste estudo:
Última actualização: 02 Maio 2005
