Como funciona um disco rígido

Como funciona o disco rígido

Para entender como funciona um disco rígido é menos complexo do que você pensa, deixe-me explicar para você. Você pode pensar em um disco rígido como um ou mais pratos, geralmente de vidro, alumínio ou mesmo uma mistura de cerâmica e vidro, posicionados paralelamente uns aos outros e revestidos com um material ferromagnético (como cobalto) no qual os dados são armazenados e lidos, na forma de bocado (ou seja, 0 e 1), e isso graças ao uso de cabeças magnéticas que roçam a superfície do disco e mudam sua polaridade, armazenam informações nele.

Hoje em dia, a principal interface usada para conectar discos rígidos e computadores é o SATA (Anexo de tecnologia avançada serial, ou seja, tecnologia de link serial avançada), que usa apenas dois cabos para transferência de dados, um para oentrada (a entrada) e a outra para osaída (a saída).

Em termos de tamanho, existem discos rígidos de 2,5 polegadas e 3,5 polegadas. Os primeiros são usados ​​principalmente em laptops (que agora, como já foi mencionado, quase sempre usam SSDs e não mais discos mecânicos) por serem menores; os de 3,5 ”, por outro lado, são maiores e são usados ​​principalmente em PCs desktop (fixos).

Características físicas

Os discos rígidos mecânicos (HDDs) são diferenciados por vários fatores, como o tempo de acesso a dados, dependendo da velocidade de rotação das placas (que normalmente é indicada pela sigla RPM, do inglês Revolução por minuto, ou rotações por minuto), o capacidade de armazenamento e taxa máxima de transferência de dados. Deixe-me explicar o que eles representam.

• Tempo de acesso - como antecipado, o tempo de acesso depende da rapidez com que as cabeças magnéticas são capazes de captar os dados. Mas o que a velocidade de rotação tem a ver com isso? Bem, quanto mais rápido o disco gira, mais cedo a cabeça será capaz de ler os dados dentro do prato, pois será necessária uma rotação completa do disco a cada vez para alcançar os dados. No mercado existem HDDs com diferentes velocidades de rotação: mediação e para uso doméstico 5.400 o 7.200 rpm pode ser mais do que suficiente, mas você pode encontrar discos com uma velocidade de rotação igual a 15.000 rpm. O tempo de acesso ao disco para a leitura de um único dado é igual a alguns milissegundos.
• Capacidade de armazenamento - você já deve ter adivinhado o que esta voz representa, e certamente está certo; a quantidade de bytes (um byte consiste em 8 bits) que podem ser salvos em um disco rígido depende da capacidade de armazenamento. Normalmente consideramos o tamanho dos HDDs na ordem de magnitude de Gigabyte, mas também é possível encontrar modelos com capacidade de alguns Terabytes em lojas como a Amazon.
• Velocidade de transferência - a velocidade de transferência, por outro lado, refere-se à quantidade de informações que o disco é capaz de ler ou gravar em um milissegundo, e é influenciada pela velocidade de rotação do disco e pela densidade de armazenamento, ou seja, pela quantidade de dados pode ser fisicamente armazenado em uma determinada área do disco.

Você já sente sua cabeça soltando fumaça? Eu sei, isso é muita informação, mas ao reler cuidadosamente o que escrevi, talvez algumas vezes, tenho certeza que não será um problema para você entender os conceitos que delineei.

Organização lógica

Agora vamos passar para a estrutura lógica de um disco, ou seja, o sistema de arquivos, que nada mais é do que o modo usado pelo sistema operacional para organizar arquivos na memória de massa. Graças a ele, o sistema operacional é capaz de ler e gravar dados fisicamente no disco, atribuindo-os aos arquivos do computador. Você sabe o formatação? Bem, é o procedimento pelo qual você "zera" um disco (ou uma parte lógica dele, chamada partição) e configura um sistema de arquivos nele.

Você deve saber que existem diferentes tipos de sistemas de arquivos, com diferentes características e desempenhos, e variam de acordo com o sistema operacional em que são usados; entre os mais antigos e usados, gostaria de destacar o FAT32, compatível com praticamente todos os dispositivos e sistemas operacionais, mas agora obsoleto e cheio de limitações (não permite salvar arquivos maiores que 4 GB cada e está sujeito a uma fragmentação excessiva que retarda seu desempenho a longo prazo); NTFS (New Technology File System) em vez disso, é o sistema de arquivos padrão dos sistemas Windows modernos e, embora esteja sujeito à fragmentação, garante desempenhos claramente superiores ao FAT32 e não tem limites rígidos no tamanho dos arquivos. É compatível com muitos sistemas operacionais e dispositivos, no entanto, em alguns casos, como em Macs, é necessário usar drivers especiais para habilitar o suporte de gravação.

EXFAT é uma evolução do FAT32 sem limites estritos no tamanho do arquivo e sem problemas de fragmentação excessivos: é menos suportado do que o FAT32, mas com mais compatibilidade transversal de leitura e gravação do que o NTFS; APFS e HFS + são os sistemas de arquivos usados ​​pelo macOS (excelente, mas pouco compatível com o Windows, a menos que você instale drivers externos), enquanto EXT2, EXT3 ed EXT4 são os sistemas de arquivos usados ​​pelo Linux, que também são bastante limitados em termos de compatibilidade em outros ambientes, mas com excelente desempenho.

Agora, para ajudá-lo a entender melhor a organização de um disco rígido, vou explicar quais são os elementos que compõem a estrutura lógica de um disco rígido, prepare-se!

• pista - trata cada placa dentro do disco como um conjunto de anéis concêntricos. Cada anel é considerado um traço.
• setor - o disco é subdividido em “segmentos”, geralmente de tamanho variável de 32 B a 4 KB, que junto com as faixas representam os setores de uma faixa ou vice-versa.
• Agrupar - cluster é o conjunto de setores adjacentes, portanto presentes na mesma via e contíguos.
• Cilindro - é o conjunto de todos os traços, com a mesma distância do centro, de cada placa.

Esses elementos permitem que o disco leia os dados graças a um chamado sistema de coordenadas CHS, Ou Cilindro-Cabeça-Sector (cilindro, cabeça e setor).

Se você estiver interessado em comprar um HDD interno, escrevi um guia para ajudá-lo na sua escolha ou, se você quiser fazer isso primeiro, deixo abaixo alguns discos rígidos entre os melhores em relação ao dinheiro.

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Como funciona o disco rígido externo

Basicamente, um disco rígido externo é quase idêntico a um interno: em um nível físico e lógico, eles são praticamente a mesma coisa, no entanto, existem algumas diferenças substanciais que tornam os dois sistemas adequados para circunstâncias diferentes.

Em termos de desempenho e tamanho, os dois não diferem particularmente. Em termos de conexão, no entanto, existem diferenças substanciais. Em vez do ataque SATA, unidades externas usam oUSB: você pode, portanto, se conectar a qualquer computador ou dispositivo equipado com esta porta e trocar arquivos com ela (desde que use um sistema de arquivos compatível). Em alguns casos, no caso de unidades externas de 3.5 ", também pode ser necessário conectar à fonte de alimentação.

A velocidade de transferência de dados em discos externos também é afetada pela versão da interface USB usada: a maioria dos computadores e discos suportam o padrão USB 3.2 que promete uma velocidade de transferência de dados de 5 Gigabit / s (625 MB por segundo), mas quando conectado a dispositivos que suportam apenas o padrão antigo USB 2.0 eles viajam até 480 Mbits / s (60 MB por segundo). Para uma visão geral completa dos padrões USB disponíveis atualmente, deixo vocês com o meu guia dedicado aos dispositivos USB.

Também existem discos que suportam a interface Raio, que agora é usado principalmente por meio de portas e conectores de tipo USB-C (aqueles mais achatados do que os clássicos conectores USB-A e que podem ser inseridos em ambas as direções), enquanto no início ele usava portas e conectores em Mini DisplayPort (MDP). Essa interface é suportada por alguns computadores de última geração e garante taxas de transferência de dados de até 40 Gbit / s (5 GB / s).

Se não está claro para você exatamente como um disco rígido funciona, eu o convido a reler o que escrevi no capítulo anterior. Deixo-vos também com o meu guia de compra de discos rígidos externos, caso necessite de adquirir um (abaixo estão alguns modelos, entre os mais interessantes do momento).

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Como funciona o disco rígido SSD

Agora, conforme anunciado, vamos passar rapidamente para SSD. Começo esclarecendo que a definição de "disco rígido SSD" é de fato incorreta, já que SSD indica uma tecnologia completamente diferente.

Uma unidade SSD ou Disco de Estado Sólido, é uma unidade de armazenamento em massa que difere dos discos rígidos normais e mais antigos devido à sua maior velocidade e desempenho, mas ao custo de menor capacidade em relação ao preço (mesmo que estes estejam diminuindo rapidamente) e uma duração de vida "predeterminada" , como acontece com os limites máximos de gravação suportados (embora difícil de alcançar no uso padrão).

Começo falando com você sobre a diferença substancial que distingue as duas tecnologias, ou seja, o uso de memória flash. Na verdade, no HDD, cabeças magnéticas são utilizadas para leitura e gravação de dados, enquanto no outro caso, graças a esta tecnologia NAND flash, os dados são armazenados dentro de células de memória feitas de materiais semicondutores capazes de reter a carga elétrica em seu interior mesmo na ausência de energia para o computador, assim como as memórias RAM, com a única diferença de que esta última é uma memória volátil, e consequentemente no ausência de energia as células são reiniciadas.

A leitura dos dados é realizada graças a este princípio, um controlador de disco interno se encarrega de verificar o estado de cada célula, que se contiver uma carga elétrica representará um 1, caso não haja tensão presente, em vez disso, ele retornará um 0.

Esta tecnologia é "prejudicial" para o disco, pois à custa de uma melhor velocidade de acesso, graças à reprogramação constante das células de memória, o material semicondutor tende a se desgastar e perder a capacidade de economizar sua carga e consequentemente armazenar dados de forma eficaz. .

Em resumo: os SSDs têm limites (agora difíceis de alcançar mesmo com uso intensivo), mas oferecem tantas vantagens - em termos de desempenho, resistência e praticidade - que estão substituindo os discos mecânicos com razão.

SSDs internos (também existem os portáteis, como discos rígidos mecânicos) podem ser conectados via interface SATA clássica ou via Interface M.2, muito mais rápido, que usa os conectores do padrão PCI Express Mini Card.

Se você quiser mais informações sobre ele e / ou quiser comprar um novo disco SSD, este guia que escrevi sobre ele pode ajudá-lo, ou se preferir, dê uma olhada nos produtos abaixo.

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Existem também drives híbridos, chamados sshd (Unidade híbrida de estado sólido), que combinam uma parte da memória flash com um disco mecânico para combinar a velocidade de acesso a dados de um disco sólido com a maior capacidade de um disco rígido. São ideais para poupar alguns euros e guardar uma parte do disco (o mecânico) para armazenamento de dados e aproveitando a velocidade da parte SSD para instalar o sistema operativo e aplicações.

Como funciona o disco rígido de rede

Existe outro sistema de armazenamento de dados, chamado NAS (Armazenamento conectado à rede), que permite configurar um servidor interno na rede para armazenar arquivos e torná-los acessíveis aos usuários dentro (ou mesmo fora) da rede, permitindo também o backup remoto.

Ele usa um ou mais discos rígidos internos nos quais os arquivos são armazenados na rede, permitindo que os vários dispositivos dentro dele os acessem a qualquer momento. As principais utilizações são a partilha de conteúdos multimédia, a visualização de vídeos desde a Smart TV ou telemóvel, a criação de um servidor FTP (File Transfer Protocol) para transferência remota de arquivos ou para backup automático de dados; neste caso, falamos de um sistema RAID (Matriz redundante de discos independentes) ou Conjunto redundante de discos independentes. Existem, a este respeito, vários sistemas RAID: deixe-me ilustrar alguns deles.

• 0 RAID - neste caso, dois discos rígidos são usados ​​para criar um único disco lógico, armazenando os dados dentro dele. Se uma das duas unidades falhar, os dados ficarão inacessíveis.
• 1 RAID - usa um princípio chamado espelhamento, ou seja, “espelha” os dados armazenados em um disco dentro de outro. Para este sistema são necessários dois discos rígidos, nos quais os mesmos dados serão armazenados em paralelo, portanto, se um dos dois discos quebrar e tornar os dados inacessíveis, haverá uma cópia deles dentro do outro.
• 5 RAID - é uma mistura dos dois sistemas anteriores, graças à utilização de um terceiro disco de paridade, os dados armazenados estão seguros em caso de falha de um dos drivers. Se houver dois discos quebrados, os dados serão perdidos.

Se você estiver interessado em saber como configurar seu sistema NAS em sua rede doméstica, escrevi um guia sobre isso que pode ser apenas para você, recomendo fortemente que você dê uma olhada!

Existem também alguns disco rígido rete vendidos individualmente e que, conectados apenas ao seu roteador, permitem compartilhar dados na rede. Alguns roteadores também permitem que você transforme qualquer disco rígido USB em uma unidade de rede, simplesmente conectando-os à porta USB e ativando o compartilhamento de dados no painel de gerenciamento. Mais informações aqui.

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