SSD (Solid-State Drive)

Sigla do inglês solid-state drive, que significa unidade de estado sólido, é um tipo de dispositivo sem partes móveis para armazenamento não volátil de dados digitais. Tipicamente, são construídos em torno de um circuito integrado semicondutor[1], o qual é responsável pelo armazenamento, diferentemente, portanto, dos sistemas magnéticos (como os HDs e fitas LTO) ou óticos (discos como CDs e DVDs). Alguns dos dispositivos mais importantes usam memória RAM, e há ainda os que usam memória flash (estilo cartão de memória SD de câmeras digitais).

Imagens de HDs de Notebook com Apenas 2,5 polegadas

HD de notebook (2,5”) padrão IDE



HD de notebook (2,5”) padrão SATA

HD Moderno

Disco rígido ou disco duro, no Brasil popularmente chamado também de HD (derivação de HDD do inglês hard disk drive) ou winchester (termo em desuso), "memória de massa" ou ainda de "memória secundária" é a parte do computador onde são armazenados os dados. O disco rígido é uma memória não-volátil, ou seja, as informações não são perdidas quando o computador é desligado, sendo considerado o principal meio de armazenamento de dados em massa. Por ser uma memória não-volátil, é um sistema necessário para se ter um meio de executar novamente programas e carregar arquivos contendo os dados inseridos anteriormente quando ligamos o computador. Nos sistemas operativos mais recentes, ele é também utilizado para expandir a memória RAM, através da gestão de memória virtual. Existem vários tipos de discos rígidos diferentes: IDE/ATA, Serial ATA, SCSI, Fibre channel, SAS, SSD.

Atualmente os HDs de maior capacidade, destinados a desktops (computadores de mesa) possuem 2TB de capacidade e uma taxa de transferência através da comunicação SATA de 6GB/s.

Abaixo segue um link da Seagate, um dos principais fabricantes de disco rígido do mundo com as especificações de um HD com as características descritas acima.

A Fragilidade do Disco Rígido

O disco rígido ou HD (hard disk) é uma peça muito sensível do computador, alguns não sabem mais vemos o HD de uma forma que parece ser muito protegido e robusto por ser revestido por uma camada de metal o que aparentemente ser difícil danificá-lo. O HD é geralmente danificado em sua parte interna, em seus discos, seja pelo tempo de uso, por quedas, problemas na placa-mãe, super aquecimento, problemas na fonte de alimentação elétrica ou até mesmo por ser conectado errado ou mal conectado. Ele têm um longo tempo de duração, muitos anos, mas quanto mais o HD é formatado esse tempo diminui cada vez mais sua vida útil.

Gravação e Leitura de Dados

A superfície de gravação dos pratos é composta de materiais sensíveis ao magnetismo (geralmente, óxido de ferro). O cabeçote de leitura e gravação manipula as moléculas desse material através de seus pólos. Para isso, a polaridade das cabeças muda numa freqüência muito alta: quando está positiva, atrai o pólo negativo das moléculas e vice-versa. De acordo com essa polaridade é que são gravados os bits (0 e 1). No processo de leitura de dados, o cabeçote simplesmente "lê" o campo magnético gerado pelas moléculas e gera uma corrente elétrica correspondente, cuja variação é analisada pela controladora do HD para determinar os bits.



Para a "ordenação" dos dados no HD, é utilizado um esquema conhecido como "geometria dos discos". Nele, o disco é "dividido" em cilindros, trilhas e setores:

 

As trilhas são círculos que começam no centro do disco e vão até a sua borda, como se estivesse um dentro do outro. Essas trilhas são numeradas da borda para o centro, isto é, a trilha que fica mais próxima da extremidade do disco é denominada trilha 0, a trilha que vem em seguida é chamada trilha 1, e assim por diante, até chegar à trilha mais próxima do centro. Cada trilha é dividida em trechos regulares chamados de setor. Cada setor possui uma determinada capacidade de armazenamento (geralmente, 512 bytes).



E onde entra os cilindros? Eis uma questão interessante: você já sabe que um HD pode conter vários pratos, sendo que há uma cabeça de leitura e gravação para cada lado dos discos. Imagine que é necessário ler a trilha 42 do lado superior do disco 1. O braço movimentará a cabeça até essa trilha, mas fará com que as demais se posicionem de forma igual. Isso ocorre porque o braço se movimenta de uma só vez, isto é, ele não é capaz de mover uma cabeça para uma trilha e uma segunda cabeça para outra trilha.



Isso significa que, quando a cabeça é direcionada à trilha 42 do lado superior do disco 1, todas as demais cabeças ficam posicionadas sob a mesma trilha, só que em seus respectivos discos. Quando isso ocorre, damos o nome de cilindro. Em outras palavras, cilindro é a posição das cabeças sobre as mesmas trilhas de seus respectivos discos.



Note que é necessário preparar os discos para receber dados. Isso é feito através de um processo conhecido como formatação. Há dois tipos de formatação: formatação física e formatação lógica. O primeiro tipo é justamente a "divisão" dos discos em trilhas e setores. Esse procedimento é feito na fábrica. A formatação lógica, por sua vez, consiste na aplicação de um sistema de arquivos apropriado a cada sistema operacional. Por exemplo, o Windows é capaz de trabalhar com sistemas de arquivos FAT e NTFS. O Linux pode trabalhar com vários sistemas de arquivos, entre eles, ext3 e ReiserFS.



Fotos ampliadas da cabeça de leitura e gravação de um HD.

Componentes de um HD

Para que você possa compreender o funcionamento básico dos discos rígidos, precisa conhecer seus principais componentes. Os tão mencionados discos, na verdade, ficam guardados dentro de uma espécie de "caixa de metal". Essas caixas são seladas para evitar a entrada de material externo, pois até uma partícula de poeira pode danificar os discos, já que estes são bastante sensíveis. Isso significa que se você abrir seu disco rígido em um ambiente despreparado e sem o uso dos equipamentos e das técnicas apropriadas, as chances de você perdê-lo são extremamente grandes.



A figura acima mostra um HD visto por baixo e por cima. Note que a parte inferior contém uma placa com chips. Trata-se da placa lógica, um item muito importante para o funcionamento do HD.

A placa lógica contém chips responsáveis por diversas tarefas. O mais comum é conhecido como controladora, pois gerencia uma série de itens do HD, como a movimentação dos discos e das cabeças de leitura/gravação (mostradas adiante), o envio e recebimento de dados entre os discos e o computador, e até rotinas de segurança.

Outro dispositivo comum à placa lógica é um pequeno chip de memória conhecido como buffer. Cabe a ele a tarefa de armazenar pequenas quantidades de dados durante a comunicação com o computador. Como esse chip consegue lidar com os dados de maneira mais rápida que os discos rígidos, ele agiliza o processo de transferência de informações. No momento em que este artigo era escrito no InfoWester, era comum encontrar HDs que possuíam buffers de 2 MB e 8 MB.

A parte interna dos HDs (isto é, o interior da "caixinha") é mais interessante. A foto abaixo mostra um HD aberto. Note que há indicativos que descrevem os componentes mais importantes. Estes são detalhados logo abaixo da imagem:


Pratos e motor: esse é o componente que mais chama a atenção. Os pratos são os discos onde os dados são armazenados. Eles são feitos de alumínio (ou de um tipo de cristal) recoberto por um material magnético e por uma camada de material protetor. Quanto mais trabalhado for o material magnético (ou seja, quanto mais denso), maior é a capacidade de armazenamento do disco. Note que os HDs com grande capacidade contam com mais de um prato, um sobre o outro. Eles ficam posicionados sob um motor responsável por fazê-los girar. Para o mercado de PCs, é comum encontrar HDs que giram a 7.200 rpm (rotações por minuto), mas também há modelos que alcançam a taxa de 10 mil rotações, tudo depende da evolução da tecnologia. Até pouco tempo atrás, o padrão do mercado era composto por discos rígidos que giram a 5.400 rpm. Claro que, quanto mais rápido, melhor;

Cabeça e braço: os HDs contam com um dispositivo muito pequeno chamado cabeça (ou cabeçote) de leitura e gravação. Trata-se de um item de tamanho reduzido que contém uma bobina que utiliza impulsos magnéticos para manipular as moléculas da superfície do disco, e assim gravar dados. Há uma cabeça para cada lado dos discos. Esse item é localizado na ponta de um dispositivo denominado braço, que tem a função de posicionar os cabeçotes sob a superfície dos pratos. Olhando por cima, tem-se a impressão de que a cabeça de leitura e gravação toca nos discos, mas isso não ocorre. Na verdade, a distância entre ambos é extremamente pequena. A "comunicação" ocorre pelos já citados impulsos magnéticos;

Atuador: também chamado de voice coil, o atuador é o responsável por mover o braço sob a superfície dos pratos, e assim permitir que as cabeças façam o seu trabalho. Para que a movimentação ocorra, o atuador contém em seu interior uma bobina que é "induzida" por imãs.

Note que o trabalho entre esses componentes precisa ser bem feito. O simples fato da cabeça de leitura e gravação encostar na superfície de um prato é suficiente para causar danos a ambos. Isso pode facilmente ocorrer em caso de quedas, por exemplo.

Antigo HD da IBM

HD do Metrô de São Paulo

Com o passar dos anos, os HDs foram aumentando sua capacidade de armazenamento, ao mesmo tempo em que se tornaram menores, mais baratos e mais confiáveis. Apenas para ilustrar o quão "gigante" eram os primeiros modelos, a foto abaixo mostra um disco rígido utilizado pelo Metrô de São Paulo em seus primeiros anos. O dispositivo está em exposição no Centro de Controle Operacional da empresa.

Início da História do Disco Rígido

Por mais de 20 anos, as consideráveis inovações partiram quase que praticamente da IBM. No entanto, alguns fabricantes criaram produtos independentes das linhas IBM, como a Control Data, com a série SMD, a Amplex, a Calcomp e a CII-Honeywell Bull.

Os discos rígidos podem ser divididos em três gerações, conhecidas pelo número do produto IBM que lançou a tecnologia: 2314 (início dos anos 60), 3330 (fim dos anos 60 e início dos anos 70) e 3340 ou winchester (1973). Essa denominação deve-se ao fato de a unidade de gravação ter originalmente dois módulos (em analogia com a arma de dois canos calibre 30/30).

Em 1973, com a tecnologia Winchester, a IBM introduziu uma série de inovações que permitiram consideravelmente o número de "choques de cabeçote" (head crashes) e, por outro lado, aumentar as densidades de gravação tanto de trilhas como de bits. Isso foi conseguido com aperfeiçoamentos nas tecnologias de cabeças de leitura/gravação, no mecanismo de posicionamento das cabeças e na diminuição da espessura da camada magnetizável do disco.

Além disso, o disco, a cabeça, o mecanismo de posicionamento e o eixo motor do disco passaram a ficar em ambiente hermeticamente fechado. A tecnologia Winchester, inicialmente, só estava disponível para os grandes sistemas. Mas, em 1978, a IBM anunciou uma unidade de 8 polegadas para sistemas de pequeno porte. Novos aperfeiçoamentos introduzidos pela IBM em seus sistemas de discos aumentaram ainda mais a densidade de gravação.

O aumento da densidade de informações para 25 mil bits por polegada não poderia existir sem uma evolução nos suportes magnéticos. Em 1982, era lançada uma nova geração de mídias que substituía o prato de alumínio com óxido férrico por um disco coberto por uma camada metálica de cobalto ou cromo.

O Primeiro Disco Rígido

Um dos primeiros HDs que se tem notícia é o IBM 305 RAMAC. Disponibilizado no ano de 1956, possuia um total de 50 discos, era capaz de armazenar até 5 MB de dados (um avanço para a época) e possuía dimensões enormes: 14 x 8 polegadas. Seu preço também não era nada convidativo: o 305 RAMAC custava cerca de 30 mil dólares.



O que é um Disco Rígido

O Hard Disk (HD), ou disco rígido, é um sistema de armazenamento de alta capacidade (que permite armazenar arquivos e programas). Ao contrário da memória RAM, os dados gravados não são perdidos quando se desliga o micro, assim, todos os dados e programas ficam gravados no disco rígido. 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, pois como gira a uma velocidade muito alta, qualquer partícula de poeira em contato com os discos, poderia inutilizá-los completamente. Por esse motivo, um disco rígido nunca deve ser aberto.