Disco rígido

9. Disco rígido ou disco duro, 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.^[1] 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.^[2] 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 interfaces para discos rígidos diferentes: IDE/ATA, Serial ATA, SCSI, Fibre channel, SAS.
   

   Índice

   • 1 História do disco rígido
   • 2 Como os dados são gravados e lidos
   • 3 Formatação do disco
   • 4 Exemplos de sistema de arquivos
   • 5 Setor de boot
   • 6 Capacidade do disco rígido
   • 7 Disco rígido externo
   • 8 Referências
   • 9 Ver também

   História do disco rígido

   
   Um antigo disco rígido IBM.
   O primeiro disco rígido foi construído pela IBM em 1956, e foi lançado em 16 de Setembro de 1957.^[3] Era formado por 50 discos magnéticos contendo 50 000 setores, sendo que cada um suportava 100 caracteres alfanuméricos, totalizando uma capacidade de 5 megabytes, incrível para a época. Este primeiro disco rígido foi chamado de 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) e tinha dimensões de 152,4 centímetros de comprimento, 172,72 centimetros de largura e 73,66 centímetros de altura.^[3]
   Em 1973 a IBM lançou o modelo 3340 Winchester, com dois pratos de 30 megabytes e tempo de acesso de 30 milissegundos. Assim criou-se o termo 30/30 Winchester (uma referência à espingarda Winchester 30/30), termo muito usado antigamente para designar HDs de qualquer espécie. Ainda no início da década de 1980, os discos rígidos eram muito caros e modelos de 10 megabytes custavam quase 2 mil dólares americanos, enquanto em 2009 compramos modelos de 1.5 terabyte por pouco mais de 100 dólares. Ainda no começo dos anos 80, a mesma IBM fez uso de uma versão pack de discos de 80 megabytes, usado nos sistemas IBM Virtual Machine. Os discos rigidos foram criados originalmente para serem usados em computadores em geral.
   Mas no século XXI as aplicações para esse tipo de disco foram expandidas e agora são usados em câmeras filmadoras, ou camcorders nos Estados Unidos; tocadores de música como iPod, MP3 player; PDAs; videogames, e até em celulares. Para exemplos em videogames temos o Xbox360 e o Playstation 3, lançados em 2005 e 2006 respectivamente, com esse diferencial, embora a Microsoft já tivesse lançado seu primeiro Xbox (em 2001) com disco rígido convencional embutido. Já para celular os primeiros a terem essa tecnologia foram os da Nokia e da Samsung.^[4] E também devemos lembrar que atualmente o disco rigido não é só interno, existem também os externos, que possibilitam o transporte de grandes quantidades de dados entre computadores sem a necessidade de rede.
   

   Como os dados são gravados e lidos

   
   Interior de um HD onde a cabeça de leitura arranhou o disco.
   Os discos magnéticos de um disco rígido são recobertos por uma camada magnética extremamente fina. Na verdade, quanto mais fina for a camada de gravação, maior será sua sensibilidade, e consequentemente maior será a densidade de gravação permitida por ela. Poderemos, então, armazenar mais dados num disco do mesmo tamanho, criando HDs de maior capacidade. Os primeiros discos rígidos, assim como os discos usados no início da década de 80, utilizavam a mesma tecnologia de mídia magnética utilizada em disquetes, chamada coated media, que além de permitir uma baixa densidade de gravação, não é muito durável. Os discos atuais já utilizam mídia laminada (plated media), uma mídia mais densa, de qualidade muito superior, que permite a enorme capacidade de armazenamento dos discos modernos.
   A cabeça de leitura e gravação de um disco rígido funciona como um eletroímã semelhante aos que estudamos nas aulas de ciências e física do colegial, sendo composta de uma bobina de fios que envolve um núcleo de ferro. A diferença é que, num disco rígido, este eletroímã é extremamente pequeno e preciso, a ponto de ser capaz de gravar trilhas (pistas em Portugal) medindo menos de um centésimo de milímetro de largura. Quando estão sendo gravados dados no disco, a cabeça utiliza seu campo magnético para organizar as moléculas de óxido de ferro da superfície de gravação, fazendo com que os pólos positivos das moléculas fiquem alinhados com o pólo negativo da cabeça e, conseqüentemente, com que os pólos negativos das moléculas fiquem alinhados com o pólo positivo da cabeça. Usamos, neste caso, a velha lei "os opostos se atraem". Como a cabeça de leitura e gravação do HD é um eletroímã, sua polaridade pode ser alternada constantemente. Com o disco girando continuamente, variando a polaridade da cabeça de gravação, variamos também a direção dos pólos positivos e negativos das moléculas da superfície magnética. De acordo com a direção dos pólos, temos um bit 1 ou 0 (sistema binário).
   Para gravar as sequências de bits 1 e 0 que formam os dados, a polaridade da cabeça magnética é mudada alguns milhões de vezes por segundo, sempre seguindo ciclos bem determinados. Cada bit é formado no disco por uma seqüência de várias moléculas. Quanto maior for a densidade do disco, menos moléculas serão usadas para armazenar cada bit, e teremos um sinal magnético mais fraco. Precisamos, então, de uma cabeça magnética mais precisa. Quando é preciso ler os dados gravados, a cabeça de leitura capta o campo magnético gerado pelas moléculas alinhadas. A variação entre os sinais magnéticos positivos e negativos gera uma pequena corrente elétrica que caminha através dos fios da bobina. Quando o sinal chega à placa lógica do HD, ele é interpretado como uma seqüência de bits 1 e 0. Desse jeito, o processo de armazenamento de dados em discos magnéticos parece ser simples, e realmente era nos primeiros discos rígidos (como o 305 RAMAC da IBM), que eram construídos de maneira praticamente artesanal. Apesar de nos discos modernos terem sido incorporados vários aperfeiçoamentos, o processo básico continua sendo o mesmo. ^[5]
   

   Formatação do disco

   Ver artigo principal: Formatação
   
   Disco rígido instalado em um computador padrão.
   A formatação de um disco magnético é realizada para que o sistema operacional seja capaz de gravar e ler dados no disco, criando assim estruturas que permitam gravar os dados de maneira organizada e recuperá-los mais tarde.^[6]
   Existem dois tipos de formatação, chamados de formatação física e formatação lógica. A formatação física é feita na fábrica ao final do processo de fabricação, que consiste em dividir o disco virgem em trilhas, setores, cilindros e isolar os bad blocks (danos no HD). Estas marcações funcionam como as faixas de uma estrada, permitindo à cabeça de leitura saber em que parte do disco está, e onde ela deve gravar dados. A formatação física é feita apenas uma vez, e não pode ser desfeita ou refeita através de software. Porém, para que este disco possa ser reconhecido e utilizado pelo sistema operacional, é necessária uma nova formatação, chamada de formatação lógica. Ao contrário da formatação física, a formatação lógica não altera a estrutura física do disco rígido, e pode ser desfeita e refeita quantas vezes for preciso, através do comando Format do DOS, por exemplo. O processo de formatação é quase automático; basta executar o programa formatador que é fornecido junto com o sistema operacional.^[6]
   

   Exemplos de sistema de arquivos

   Os sistemas de arquivos mais conhecidos são os utilizados pelo Microsoft Windows: NTFS, FAT32 e FAT 16. O FAT32 é uma versão evoluída do FAT16 introduzida a partir do MS-DOS 4.0. A partir do Windows NT foi introduzido o NTFS, que trouxe novos recursos.^[7]
   

   Setor de boot

   Quando o computador é ligado, o POST (Power-on Self Test), um pequeno programa gravado em um chip de memória ROM na placa-mãe, que tem a função de “dar a partida”, tentará inicializar o sistema operacional. Independentemente de qual sistema de arquivos se esteja usando, o primeiro setor do disco rígido será reservado para armazenar informações sobre a localização do sistema operacional, que permitem ao BIOS "achá-lo" e iniciar seu carregamento.
   
   
   Uma seção transversal da superfície magnética em ação. Neste caso, os dados binários são codificados utilizando modulação de freqüência.
   No setor de boot é registrado onde o sistema operacional está instalado, com qual sistema de arquivos o disco foi formatado e quais arquivos devem ser lidos para inicializar o computador. Um setor é a menor divisão física do disco, e possui na grande maioria das vezes 512 Bytes (nos CD-ROMs e derivados é de 2048 Bytes). Um cluster, também chamado de agrupamento, é a menor parte reconhecida pelo sistema operacional, e pode ser formado por vários setores. Um arquivo com um número de bytes maior que o tamanho do cluster, ao ser gravado no disco, é distribuído em vários clusters. Porém, um cluster não pode pertencer a mais de um arquivo. Um único setor de 512 Bytes pode parecer pouco, mas é suficiente para armazenar o registro de boot devido ao seu pequeno tamanho. O setor de boot também é conhecido como "trilha MBR", "trilha 0' etc. Como dito, no disco rígido existe um setor chamado Trilha 0, e nele está gravado o (MBR) (Master Boot Record), que significa "Registro de Inicialização Mestre", um estilo de formatação, onde são encontradas informações sobre como está dividido o disco (no sentido lógico)e sobre a ID de cada tabela de partição do disco, que dará o boot. O MBR é lido pelo BIOS, que interpreta a informação e em seguida ocorre o chamado "bootstrap", "levantar-se pelo cadarço", lê as informações de como funciona o sistema de arquivos e efetua o carregamento do sistema operacional. O MBR e a ID da tabela de partição ocupam apenas um setor de uma trilha, o restante dos setores desta trilha não são ocupados, permanecendo vazios, servindo como área de proteção do MBR. É nesta mesma área que alguns vírus (Vírus de Boot) se alojam.
   Com a constante demanda por espaço, mais as melhorias da tecnologia de fabricação, tem havido uma mudança para setores de tamanho maior, tipicamente para 4096 Bytes. Tal mudança é para que seja melhor utilizado o espaço do disco para mais informações úteis. Cada setor precisa(para que os dados sejam confiáveis) de um conjunto de bits adicionais para verificação contra erros(para que a própria controladora consiga detectar erros de leitura física), com o aumento de capacidade dos discos, diminui-se o número de átomos para representar um determinado bit, que o torna mais frágil, aumentando o risco de perca de dados. Para não haver problemas por causa dessa fragilidade, aumenta-se o número de bits para a verificação da integridade da informação no setor, o que acaba diminuindo o espaço utilizável para os dados do usuário. Com o aumento para 4096 Bytes, cai, consideravelmente, o número de bits usado para verificação de integridade em todo o disco, pois haverá menos setores no disco, e como o mesmo número de bits, por setor, consegue ser utilizado para uma verificação de uma porção maior de dados, decai o 'desperdício' por causa da verificação da integridade.
   Disquetes, Zip-disks e CD-ROMs não possuem MBR; no entanto, possuem tabela de partição, no caso do CD-ROMs e seu descendentes (DVD-ROM, HDDVD-ROM, BD-ROM...) possuem tabela própria, podendo ser CDFS (Compact Disc File System, norma ISO 9660) ou UDF (Universal Disc Format, uma implementação do padrão ISO/IEC 13346) ou, para maior compatibilidade, os dois; já os cartões de memória Flash e Pen-Drives possuem tabela de partição e podem ter até mesmo MBR, dependendo de como formatados. O MBR situa-se no primeiro setor da primeira trilha do primeiro prato do HD (setor um, trilha zero, face zero, prato zero). O MBR é constituído pelo bootstrap e pela tabela de partição. O bootstrap é o responsável por analisar a tabela de partição em busca da partição ativa. Em seguida, ele carrega na memória o Setor de Boot da partição. Esta é a função do bootstrap.
   
   
   Diagrama de um HD para computador.
   A tabela de partição contém informações sobre as partições existentes no disco. São informações como o tamanho da partição, em qual trilha/setor/cilindro ela começa e termina, qual o sistema de arquivos da partição, se é a partição ativa; ao todo, são dez campos. Quatro campos para cada partição possível (por isso, só se pode ter 4 partições primárias, e é por isso também que foi-se criada a partição estendida...), e dez campos para identificar cada partição existente. Quando acaba o POST, a instrução INT 19 do BIOS lê o MBR e o carrega na memória, e é executado o bootstrap. O bootstrap vasculha a tabela de partição em busca da partição ativa, e em seguida carrega na memória o Setor de Boot dela. A função do Setor de Boot é a de carregar na memória os arquivos de inicialização do sistema operacional. O Setor de Boot fica situado no primeiro setor da partição ativa.^[8]
   

   Capacidade do disco rígido

   A capacidade de um disco rígido atualmente disponível no mercado para uso doméstico/comercial varia de 10 a 3000 GB, assim como aqueles disponíveis para empresas, de mais de 3 TB. O HD evoluiu muito. O mais antigos possuíam 5 MB (aproximadamente 4 disquetes de 3 1/2 HD), sendo aumentada para 30 MB, em seguida para 500 MB (20 anos atrás), e 10 anos mais tarde, HDs de 1 a 3 GB. Em seguida lançou-se um HD de 10 GB e posteriormente um de 15 GB. Posteriormente, foi lançado no mercado um de 20 GB, até os atuais HDs dos mais variados tamanhos.
   No entanto, as indústrias consideram 1 GB = ${\displaystyle 1000*1000*1000}$ bytes, pois no Sistema Internacional de Unidades(SI), que trabalha com potências de dez, o prefixo giga quer dizer ${\displaystyle *1000^{3}}$ ou ${\displaystyle *10^{9}}$ (bilhões), enquanto os sistemas operacionais consideram 1 GB = ${\displaystyle 1024*1024*1024}$ bytes, já que os computadores trabalham com potências de dois e 1024 é a potência de dois mais próxima de mil. Isto causa uma certa disparidade entre o tamanho informado na compra do HD e o tamanho considerado pelo Sistema Operacional, conforme mostrado na tabela abaixo. Além disso, outro fator que pode deixar a capacidade do disco menor do que o anunciado é a formatação de baixo nível (formatação física) com que o disco sai de fábrica.
   

   Informado na Compra	Considerado pelo Sistema
   1 GB	0,93 GB
   2 GB	1,86 GB
   3 GB	2,79 GB
   4 GB	3,72 GB
   5 GB	4,65 GB
   6 GB	5,58 GB
   7 GB	6,51 GB
   8 GB	7,41 GB
   9 GB	8,38 GB
   10 GB	9,31 GB
   15 GB	13,97 GB
   20 GB	18,63 GB
   30 GB	27,94 GB
   40 GB	37,25 GB
   50 GB	46,56 GB
   60 GB	55,87 GB
   70 GB	65,19 GB
   80 GB	74,53 GB
   100 GB	93,13 GB
   120 GB	111,76 GB
   160 GB	149,01 GB
   200 GB	186,26 GB
   250 GB	232,83 GB
   300 GB	279,40 GB
   400 GB	372,53 GB
   500 GB	465,66 GB
   640 GB	596,17 GB
   750 GB	698,49 GB
   1 TB	931,32 GB
   1.5 TB	1.396,98 GB
   2 TB	1.862,64 GB
   2.5 TB[9]	2.328,30 GB
   3 TB	2.793,96 GB

   Todos os valores acima são aproximações
   Toda a vez que um HD é formatado, uma pequena quantidade de espaço é marcada como utilizada, podendo ser(dependendo do suporte do sistema de arquivos) pelo log do Journaling, mapa de clusters livres, etc.
   

   Disco rígido externo

   
   
   Disco rígido externo, conhecido popularmente como HD externo, é um dispositivo de armazenamento independente, que pode ser conectado a um computador através de USB, e-Sata, FireWire ou outros meios.
   Capacidade de armazenamento de discos externos: 320GB, 500GB, 640GB, 750GB, 1TB, 2TB, 3TB, 4TB, 6TB, 8TB.
   

   Referências

   1. 
      
10. TV2. «Aumento dos preços dos leitores mp3 e discos rígidos pode levar a aumento das importações». Consultado em 9 de janeiro de 2012.
11. 
    
12. Centro de referência Virtual do Professor. «Centro de referência Virtual do Professor». Consultado em 9 de janeiro de 2011.
13. 
    
14. «IBM Archives: IBM 350 disk storage unit». Consultado em 27 de Janeiro de 2009.
15. 
    
16. Martyn Williams. «Samsung mostra celular com 8GB». Consultado em 27 de Janeiro de 2009.
17. 
    
18. Suprimac. «Como funciona um disco rígido». Consultado em 9 de janeiro de 2011.
19. 
    
20. UOL Tecnologia. «Saiba quando e como formatar o seu HD». Consultado em 9 de janeiro de 2012.
21. 
    
22. Guia do Hardware. «Definição Sistema de Arquivos». Consultado em 9 de janeiro de 2012.
23. 
    
24. «B. Piropo - Escritos». Consultado em 9 de janeiro de 2011.
25. 
    
«TDK looks to deliver 2.5TB hard drives in early 2010». Consultado em 31 de Agosto de 2009.