{"id":19,"date":"2009-04-21T21:47:00","date_gmt":"2009-04-21T21:47:00","guid":{"rendered":"http:\/\/artigos.marcomapa.com\/?p=19"},"modified":"2011-09-11T19:35:54","modified_gmt":"2011-09-11T19:35:54","slug":"como-um-hd-funciona","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/marcomapa.com\/artigos\/como-um-hd-funciona\/","title":{"rendered":"Como um HD funciona"},"content":{"rendered":"

Dentro do disco r\u00edgido, os dados s\u00e3o gravados em discos magn\u00e9ticos, chamados de platters. O nome \"disco r\u00edgido\" vem justamente do fato de os discos internos serem extremamente r\u00edgidos.<\/p>\n

Os platters s\u00e3o compostos de duas camadas. A primeira \u00e9 chamada de substrato, e nada mais \u00e9 do que um disco met\u00e1lico, feito de ligas de alum\u00ednio. Mais recentemente, alguns fabricantes passaram a utilizar tamb\u00e9m vidro, que oferece algumas vantagens, como a maior dureza, embora tamb\u00e9m seja mais dif\u00edcil de se trabalhar. Os primeiros HDs com discos de vidro foram os IBM Deskstar 75GXP, lan\u00e7ados em 2001.\"\"<\/a>
Independentemente do material usado, o disco precisa ser completamente plano. Como os discos giram a grandes velocidades e as cabe\u00e7as de leitura trabalham extremamente pr\u00f3ximas da superf\u00edcie magn\u00e9tica, qualquer varia\u00e7\u00e3o seria fatal. Para atingir a perfei\u00e7\u00e3o necess\u00e1ria, o disco \u00e9 polido em uma sala limpa, at\u00e9 que se torne perfeitamente plano. Vem ent\u00e3o a parte final, que \u00e9 a coloca\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie magn\u00e9tica nos dois lados do disco.
Como a camada magn\u00e9tica tem apenas alguns microns de espessura, ela \u00e9 recoberta por uma fina camada protetora, que oferece alguma prote\u00e7\u00e3o contra pequenos impactos.
Os discos s\u00e3o montados em um eixo tamb\u00e9m feito de alum\u00ednio, que deve ser s\u00f3lido o suficiente para evitar qualquer vibra\u00e7\u00e3o dos discos, mesmo a altas rota\u00e7\u00f5es. Este \u00e9 mais um componente que passa por um processo de polimento, j\u00e1 que os discos devem ficar perfeitamente presos e alinhados. No caso de HDs com v\u00e1rios discos, eles s\u00e3o separados usando espa\u00e7adores, novamente feitos de ligas de alum\u00ednio.
Finalmente, temos o motor de rota\u00e7\u00e3o, respons\u00e1vel por manter uma rota\u00e7\u00e3o constante. O motor \u00e9 um dos maiores respons\u00e1veis pela durabilidade do disco r\u00edgido, pois uma grande parte das falhas graves prov\u00e9m justamente do motor.
Os HDs mais antigos utilizavam motores de 3.600 rota\u00e7\u00f5es por minuto, enquanto que atualmente s\u00e3o utilizados motores de 5.400, 7.200 ou 10.000 RPM. Nos HDs de notebook ainda s\u00e3o comuns motores de 4.200 RPM, mas os de 5.400 RPM j\u00e1 s\u00e3o maioria. Embora n\u00e3o seja o \u00fanico, a velocidade de rota\u00e7\u00e3o \u00e9 sem d\u00favida o fator que influencia mais diretamente no desempenho.
Para ler e gravar dados no disco, s\u00e3o usadas cabe\u00e7as de leitura eletromagn\u00e9ticas (heads) que s\u00e3o presas a um bra\u00e7o m\u00f3vel (arm), o que permite seu acesso a todo o disco. O bra\u00e7o de leitura \u00e9 uma pe\u00e7a triangular, tamb\u00e9m feita de ligas de alum\u00ednio, para que seja ao mesmo tempo leve e resistente. O mecanismo que movimenta o bra\u00e7o de leitura \u00e9 chamado de actuator.
Nos primeiros discos r\u00edgidos, eram usados motores de passo para movimentar os bra\u00e7os e cabe\u00e7as de leitura. Eles s\u00e3o o mesmo tipo de motor usado nos drives de disquete, onde ao receber um impulso el\u00e9trico o motor move o bra\u00e7o por uma curta dist\u00e2ncia, correspondente ao comprimento de uma trilha. O problema \u00e9 que eles eram muito suscet\u00edveis a problemas de desalinhamento e n\u00e3o permitiam densidades de grava\u00e7\u00e3o muito altas.
Os discos contempor\u00e2neos (qualquer coisa acima de 80 MB) utilizam um mecanismo bem mais sofisticado para essa tarefa, composto por um dispositivo que atua atrav\u00e9s de atra\u00e7\u00e3o e repuls\u00e3o eletromagn\u00e9tica, sistema chamado de voice coil. Basicamente temos um eletro\u00edm\u00e3 na base do bra\u00e7o m\u00f3vel, que permite que a placa controladora o movimente variando rapidamente a pot\u00eancia e a polaridade do \u00edm\u00e3. Apesar de parecer suspeito \u00e0 primeira vista, esse sistema \u00e9 muito mais r\u00e1pido, preciso e confi\u00e1vel que os motores de passo. Para voc\u00ea ter uma id\u00e9ia, os HDs do in\u00edcio da d\u00e9cada de 80, com motores de passo, utilizavam apenas 300 ou 400 trilhas por polegada, enquanto um Seagate ST3750640AS (de 750 GB) atual utiliza nada menos do que 145.000.
Aqui temos um diagrama mostrando os principais componentes do HD:<\/p>\n

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Para que o HD possa posicionar a cabe\u00e7a de leitura sobre a \u00e1rea exata referente \u00e0 trilha que vai ser lida, existem sinais de feedback gravados na superf\u00edcies do disco, que orientam o posicionamento da cabe\u00e7a de leitura. Eles s\u00e3o sinais magn\u00e9ticos especiais, gravados durante a fabrica\u00e7\u00e3o dos discos (a famosa formata\u00e7\u00e3o f\u00edsica), que s\u00e3o protegidos atrav\u00e9s de instru\u00e7\u00f5es de bloqueio inclu\u00eddas no firmware do HD contra altera\u00e7\u00e3o posterior. Esses sinais eliminam os problemas de desalinhamento que existiam nos primeiros HDs.
Ao ler um arquivo, a controladora posiciona a cabe\u00e7a de leitura sobre a trilha onde est\u00e1 o primeiro setor referente a ele e espera que o disco gire at\u00e9 o setor correto. Este tempo inicial, necess\u00e1rio para iniciar a leitura, \u00e9 chamado de tempo de acesso, e mesmo os HDs atuais de 7.200 RPM fica em torno de 12 mil\u00e9simos de segundo, o que \u00e9 uma eternidade em se tratando de tempo computacional. O HD \u00e9 relativamente r\u00e1pido ao ler setores seq\u00fcenciais, mas ao ler v\u00e1rios pequenos arquivos espalhados pelo HD, o desempenho pode cair assustadoramente. \u00c9 por isso que existem programas desfragmentadores, que procuram reorganizar a ordem dos arquivos, de forma que eles sejam gravados em setores cont\u00ednuos.
Outro dado interessante \u00e9 a maneira como as cabe\u00e7as de leitura l\u00eaem os dados, sem tocar na camada magn\u00e9tica. Se voc\u00ea tiver a oportunidade de ver um disco r\u00edgido aberto, ver\u00e1 que, com os discos parados, as cabe\u00e7as de leitura s\u00e3o pressionadas levemente em dire\u00e7\u00e3o ao disco, tocando-o com uma certa press\u00e3o. Aqui temos o bra\u00e7o de leitura de um HD, depois de removido. Veja que mesmo sem o disco magn\u00e9tico entre elas, as duas cabe\u00e7as de leitura pressionam-se mutuamente:<\/p>\n

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Apesar disso, quando os discos giram \u00e0 alta rota\u00e7\u00e3o, forma-se uma esp\u00e9cie de colch\u00e3o de ar, que repele a cabe\u00e7a de leitura, fazendo com que ela fique sempre a alguns nan\u00f4metros de dist\u00e2ncia dos discos. \u00c9 o mesmo princ\u00edpio utilizado na asa de um avi\u00e3o; a principal diferen\u00e7a neste caso \u00e9 que a cabe\u00e7a de leitura \u00e9 fixa, enquanto os discos \u00e9 que se movem, mas, de qualquer forma, o efeito \u00e9 o mesmo. Como veremos a seguir, os HDs n\u00e3o s\u00e3o fechados hermeticamente, muito menos a v\u00e1cuo, pois \u00e9 necess\u00e1rio ar para criar o efeito.
Esta foto mostra a cabe\u00e7a de leitura \"flutuando\" sobre o disco em movimento. A dist\u00e2ncia \u00e9 t\u00e3o curta que mesmo ao vivo voc\u00ea tem a impress\u00e3o de que a cabe\u00e7a est\u00e1 raspando no disco, embora na realidade n\u00e3o esteja. Como a cabe\u00e7a de leitura se movimenta rapidamente durante a opera\u00e7\u00e3o do disco, \u00e9 muito dif\u00edcil tirar fotos. Para conseguir tirar esta, precisei \"trapacear\", desmontando o actuator e suavemente movendo a cabe\u00e7a da \u00e1rea de descanso para o meio do disco. \ud83d\ude42<\/p>\n

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Os discos magn\u00e9ticos s\u00e3o montados diretamente sobre o eixo do motor de rota\u00e7\u00e3o, sem o uso de correias ou qualquer coisa do g\u00eanero. \u00c9 justamente este design simples que permite que os discos girem a uma velocidade t\u00e3o grande.
Embora mais potente e muito mais dur\u00e1vel, o motor de rota\u00e7\u00e3o usado nos HDs \u00e9 similar aos usados nos coolers. Nos HDs antigos, eram usados motores sleeve bearing, o sistema mais simples e menos dur\u00e1vel, que foi usado nos HDs de 3600 RPM. Em seguida, foram adotados motores ball-bearing, onde s\u00e3o usados rolamentos para aumentar a precis\u00e3o e a durabilidade. Nos HDs modernos, \u00e9 utilizado o sistema fluid-dynamic bearing, onde os rolamentos s\u00e3o substitu\u00eddos por um flu\u00eddo especial, que elimina o atrito, reduzindo o ru\u00eddo e o n\u00edvel de vibra\u00e7\u00e3o.
Aqui temos o mesmo HD da foto anterior completamente desmontado, mostrando o interior do motor de rota\u00e7\u00e3o:<\/p>\n

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Assim como a maioria dos modelos de baixa capacidade, este HD utiliza um \u00fanico disco, mas a maioria dos modelos utiliza dois, tr\u00eas ou quatro, que s\u00e3o montados usando espa\u00e7adores. O HD possui duas cabe\u00e7as de leitura para cada disco (uma para cada face), de forma que um HD com 4 discos utilizaria 8 cabe\u00e7as de leitura, presas ao mesmo bra\u00e7o m\u00f3vel.
Embora usar mais discos permita construir HDs de maior capacidade, n\u00e3o \u00e9 comum que os fabricantes utilizem mais de 4, pois a partir da\u00ed torna-se muito dif\u00edcil (e caro) produzir componentes com a precis\u00e3o necess\u00e1ria para manter todos os discos alinhados. Antigamente, era comum que HDs de alta capacidade (e alto custo :), sobretudo os destinados a servidores, possu\u00edssem 6, ou at\u00e9 mesmo 12 discos, mas eles sa\u00edram de moda a partir da d\u00e9cada de 90, devido \u00e0 baixa demanda. Desde ent\u00e3o, os fabricantes padronizaram a produ\u00e7\u00e3o em torno dos HDs com at\u00e9 4 discos e quem precisa de mais capacidade compra v\u00e1rios e monta um sistema RAID. No caso dos servidores, \u00e9 muito comum o uso de racks, com um grande n\u00famero de HDs SAS ou SATA.
Naturalmente, qualquer HD aberto fora de uma sala limpa acaba sendo impregnado por part\u00edculas de poeira e por isso condenado a apresentar badblocks e outros defeitos depois de alguns minutos de opera\u00e7\u00e3o.
Todo HD \u00e9 montado e selado em um ambiente livre de part\u00edculas, as famosas salas limpas. Apesar disso, eles n\u00e3o s\u00e3o hermeticamente fechados. Em qualquer HD, voc\u00ea encontra um pequeno orif\u00edcio para entrada de ar (geralmente escondido embaixo da placa l\u00f3gica ou diretamente sob a tampa superior), que permite que pequenos volumes de ar entrem e saiam, mantendo a press\u00e3o interna do HD sempre igual \u00e0 do ambiente. Esse orif\u00edcio \u00e9 sempre protegido por um filtro, que impede a entrada de part\u00edculas de poeira.<\/p>\n

\"\"<\/a>Orif\u00edcio de ventila\u00e7\u00e3o do HD<\/span><\/div>\n

Devido a isso, a press\u00e3o do ar tem uma certa influ\u00eancia sobre a opera\u00e7\u00e3o do HD. Os HDs s\u00e3o normalmente projetados para funcionar a altitudes de at\u00e9 3.000 metros acima do n\u00edvel do mar. Em altitudes muito elevadas, a press\u00e3o do ar \u00e9 menor, comprometendo a cria\u00e7\u00e3o do colch\u00e3o de ar. Para casos extremos (uso militar, por exemplo), existem HDs pressurizados, que podem trabalhar a qualquer altitude.
Internamente, o HD possui um segundo filtro, que filtra continuamente o ar movimentado pelos discos. Ele tem a fun\u00e7\u00e3o de capturar as part\u00edculas que se desprendam dos componentes internos durante o uso, devido a desgaste ou choques diversos. Aqui temos uma foto de um, preso num dos cantos da parte interna do HD:<\/p>\n

\"\"<\/a>Filtro interno<\/span><\/p>\n<\/div>\n

Enquanto o HD est\u00e1 desligado, as cabe\u00e7as de leitura ficam em uma posi\u00e7\u00e3o de descanso. Elas s\u00f3 saem dessa posi\u00e7\u00e3o quando os discos j\u00e1 est\u00e3o girando \u00e0 velocidade m\u00e1xima. Para prevenir acidentes, as cabe\u00e7as de leitura voltam \u00e0 posi\u00e7\u00e3o de descanso sempre que n\u00e3o est\u00e3o sendo lidos dados, apesar dos discos continuarem girando.
\u00c9 justamente por isso que \u00e0s vezes, ao sofrer um pico de tens\u00e3o, ou o micro ser desligado enquanto o HD est\u00e1 sendo acessado, surgem setores defeituosos. Ao ser cortada a energia, os discos param de girar e \u00e9 desfeito o colch\u00e3o de ar, fazendo com que as cabe\u00e7as de leitura possam vir a tocar os discos magn\u00e9ticos.
Para diminuir a ocorr\u00eancia desse tipo de acidente, nos HDs modernos \u00e9 utilizado um sistema que recolhe as cabe\u00e7as de leitura automaticamente para a \u00e1rea de descanso quando a energia \u00e9 cortada (tecnologia chamada de auto-parking). A \u00e1rea de descanso \u00e9 tamb\u00e9m chamada de \"landing zone\" e engloba algumas das trilhas mais centrais do disco, uma \u00e1rea especialmente preparada para receber o impacto do \"pouso\" das cabe\u00e7as de leitura. Uma das tecnologias mais populares \u00e9 a LZT (Laser Zone Texture), uma tecnologia desenvolvida pela IBM, onde um laser \u00e9 usado para produzir pequenas cavidades ao longo da zona de pouso, que reduzem o atrito com a cabe\u00e7a de leitura:<\/p>\n

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Outra t\u00e9cnica consiste em usar \"rampas\" feitas de material pl\u00e1stico, posicionadas na \u00e1rea externa dos discos, que suspendem as cabe\u00e7as de leitura, evitando que elas toquem os discos mesmo quando eles param de girar. Esta tecnologia foi inicialmente usada em HDs de notebook, mas recentemente passou a ser usada tamb\u00e9m nos de 3.5\" para desktops. Ela pode parecer simples, mas na verdade exige bastante tecnologia, devido \u00e0 precis\u00e3o necess\u00e1ria:<\/p>\n

\"\"<\/a>Rampas de descanso para as cabe\u00e7as de leitura<\/span><\/p>\n<\/div>\n

Apesar de evitar danos f\u00edsicos, o auto-parking nada pode fazer para evitar perda de dados ao desligar o micro incorretamente. Mesmo que todos os arquivos estejam salvos, ainda existem dados no cache de disco (criado pelo sistema operacional, usando parte de mem\u00f3ria RAM) e tamb\u00e9m no cache do HD, que utiliza mem\u00f3ria SDRAM (tamb\u00e9m vol\u00e1til). Para acelerar as opera\u00e7\u00f5es de grava\u00e7\u00e3o, todos os arquivos (sobretudo os pequenos) s\u00e3o salvos inicialmente nos caches e depois transferidos para os discos magn\u00e9ticos em momentos de ociosidade. Quando o micro \u00e9 desligado abruptamente, os dados em ambos os caches s\u00e3o perdidos, fazendo com que voc\u00ea sempre perca as \u00faltimas altera\u00e7\u00f5es, muitas vezes em arquivos que acreditava estarem salvos.
Por causa de tudo isso, \u00e9 sempre importante usar um nobreak em micros de trabalho. A longo prazo, os dados perdidos e poss\u00edveis danos ao equipamento por causa de quedas de energia acabam custando muito mais do que um nobreak popular.
Mesmo assim, por melhores que sejam as condi\u00e7\u00f5es de trabalho, o HD continua sendo um dispositivo baseado em componentes mec\u00e2nicos, que t\u00eam uma vida \u00fatil muito mais curta que a de outros componentes do micro. De uma forma geral, os HDs para desktop funcionam de forma confi\u00e1vel por de dois a tr\u00eas anos (em um PC usado continuamente). Depois disso, \u00e9 melhor substituir o HD por um novo e mover o antigo para outro micro secund\u00e1rio, onde ele n\u00e3o v\u00e1 armazenar informa\u00e7\u00f5es importantes, pois a possibilidade de defeitos come\u00e7a a crescer exponencialmente.
Fala-se muito sobre a vulnerabilidade dos HDs com rela\u00e7\u00e3o a \u00edm\u00e3s. Como os HDs armazenam os dados em discos magn\u00e9ticos, colocar um \u00edm\u00e3 suficientemente forte pr\u00f3ximo a ele pode apagar rapidamente todos os dados. Existem inclusive \"desmagnetizadores\", que s\u00e3o eletro\u00edm\u00e3s ligados na tomada, que voc\u00ea passa sobre os HDs e outros discos magn\u00e9ticos, justamente com a inten\u00e7\u00e3o de apagar os dados rapidamente.
Entretanto, se voc\u00ea abrir um HD condenado, vai encontrar dois \u00edm\u00e3s surpreendentemente fortes instalados dentro do mecanismo que move a cabe\u00e7a de leitura. Naturalmente, estes \u00edm\u00e3s n\u00e3o danificam os dados armazenados (sen\u00e3o n\u00e3o estariam ali ;). O principal motivo disso \u00e9 que eles est\u00e3o instalados numa posi\u00e7\u00e3o perpendicular aos discos magn\u00e9ticos. Se voc\u00ea remover os \u00edm\u00e3s e coloc\u00e1-los sobre outro HD, vai ver que no outro dia uma boa parte dos dados ter\u00e3o sido perdidos.
Se voc\u00ea (como todos n\u00f3s) \u00e9 do tipo que n\u00e3o consegue desmontar um micro sem deixar cair parafusos nos locais mais inacess\u00edveis do gabinete, tem dificuldades em colocar os parafusos dos dois lados ao instalar o HD e ainda por cima nunca acha uma chave de fenda magn\u00e9tica para comprar, pode usar esses magnetos \"roubados\" do HD para transformar qualquer chave de fenda em uma chave magn\u00e9tica. Basta \"encaixar\" os \u00edm\u00e3s nela quando quiser o efeito. Esses magnetos s\u00e3o feitos de uma liga contendo neod\u00edmio e, al\u00e9m de parafusos, permitem levantar objetos um pouco mais pesados, como martelos, por exemplo... \ud83d\ude09<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Naturalmente, voc\u00ea deve tomar cuidado de n\u00e3o pass\u00e1-los sobre discos magn\u00e9ticos, a menos que queira intencionalmente apag\u00e1-los. Se voc\u00ea deixar a chave em contato com os \u00edm\u00e3s por um longo per\u00edodo, ela continuar\u00e1 magnetizada (por algum tempo) mesmo depois de retir\u00e1-los.
Ao contr\u00e1rio da cren\u00e7a popular, chaves magn\u00e9ticas n\u00e3o s\u00e3o perigosas para os HDs, pois os magnetos usados s\u00e3o muito fracos se comparados aos magnetos usados no mecanismo de leitura e no motor de rota\u00e7\u00e3o do HD. Os pr\u00f3prios discos magn\u00e9ticos s\u00e3o relativamente resistentes a for\u00e7as magn\u00e9ticas externas, de forma que \u00edm\u00e3s de baixa pot\u00eancia n\u00e3o oferecem grande perigo.<\/p>\n

Refer\u00eancia :<\/span>
Guia do Hardware
Clube do Hardware
Infowester
Seagate
IBM<\/span><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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