[FIXO] Disco Rígido

Como funciona um Disco Rígido


Dentro do disco rígido, os dados são gravados em discos magnéticos, chamados em Inglês de platters. O nome “disco rígido” vem justamente do fato dos discos internos serem lâminas metálicas extremamente rígidas. Os platters são compostos de duas camadas.

A primeira é chamada de substrato, e nada mais é do que um disco metálico, geralmente feito de ligas de alumínio. Este disco é polido em salas limpas, para que se torne perfeitamente plano. A fim de permitir o armazenamento de dados, este disco é recoberto por uma segunda camada, agora de material magnético.

A aplicação da camada magnética é feita dos dois lados do disco, e pode ser feita de duas maneiras diferentes. A primeira chama-se eletroplating e é bem semelhante à eletrólise usada para banhar bijuterias à ouro. Esta técnica não permite uma superfície muito uniforme, e por isso, só é usada em HDs antigos, em geral os com menos de 500 MB. A técnica usada atualmente é muito mais precisa, chama-se sputtering e usa uma tecnologia semelhante à usada para soldar os transístores dos processadores.

Como a camada magnética tem apenas alguns mícrons de espessura, é recoberta por uma fina camada protetora, que oferece alguma proteção contra pequenos impactos. Esta camada é importante, pois apesar dos discos serem encapsulados em salas limpas, eles internamente contêm ar, com pressão semelhante à ambiente. Como veremos adiante, não seria possível um disco rígido funcionar caso internamente houvesse apenas vácuo.

Os HDs são hermeticamente fechados, a fim de impedir qualquer contaminação proveniente do meio externo, porém, nunca é possível manter um ambiente 100% livre de partículas de poeira. Um pequeno dano na camada protetora não interfere no processo de leitura/gravação, que é feito de forma magnética.

Os discos são montados em um eixo também feito de alumínio, que deve ser sólido o suficiente para evitar qualquer vibração dos discos, mesmo a altas rotações. Este é mais um componente que passa por um processo de polimento, já que os discos devem ficar perfeitamente presos e alinhados.

Finamente, temos o motor de rotação, responsável por manter uma rotação constante. O motor é um dos maiores responsáveis pela durabilidade do disco rígido, pois a maioria das falhas graves provêm justamente do motor.

Os HDs mais antigos utilizavam motores de 3,600 rotações por minuto, enquanto que atualmente, são utilizados motores de 5,600 ou 7,200 RPM, que podem chegar a mais de 10,000 RPM nos modelos mais caros. A velocidade de rotação é um dos principais fatores que determinam a performance.

Para ler e gravar dados no disco, usamos cabeças de leitura eletromagnéticas (heads em Inglês) que são presas a um braço móvel (arm), o que permite seu acesso a todo o disco. O braço de leitura é uma peça triangular feita de alumínio ou ligas deste, pois precisa ser ao mesmo tempo leve e resistente. Um dispositivo especial, chamado de atuador, ou “actuator” em Inglês, coordena o movimento das cabeças de leitura.

Nos primeiros discos rígidos, eram usados antiquados motores de passo para movimentar os braços e cabeças de leitura. Porém, além de muito lentos, eles eram muito susceptíveis a problemas de desalinhamento, além de não serem muito confiáveis. Os discos contemporâneos (qualquer coisa acima de 40 MB) utilizam um mecanismo bem mais sofisticado para esta tarefa, justamente o actuator, composto por um dispositivo que atua através de atração e repulsão eletromagnética. Basicamente temos dois eletroímãs, um de cada lado do braço móvel. Alterando a intensidade da corrente elétrica e, consequentemente a potência de cada imã, o braço e consequentemente as cabeças de leitura se movimentem. Apesar de parecer suspeito, esse sistema é muito mais rápido, preciso e confiável que os motores de passo.



Outro dado interessante é a maneira como as cabeças de leitura lêem os dados, sem tocar na camada magnética. Se você tiver a oportunidade de ver um disco rígido aberto, verá que, com os discos parados, as cabeças de leitura são pressionadas levemente em direção ao disco, tocando-o com uma certa pressão. Porém, quando os discos giram à alta rotação, forma-se uma espécie de colchão de ar (pois os discos são fechados hermeticamente, mas não à vácuo, temos ar dentro deles). Este colchão de ar repele a cabeça de leitura, fazendo com que fique sempre a alguns mícrons de distância dos discos. É mais ou menos o mesmo princípio utilizado nos aviões.

Veja que enquanto o HD está desligado, as cabeças de leitura ficam numa posição de descanso, longe dos discos magnéticos. Elas só saem dessa posição quando os discos já estão girando à velocidade máxima. Para prevenir acidentes, as cabeças de leitura voltam à posição de descanso sempre que não estão sendo lidos dados, apesar dos discos continuarem girando.

É justamente por isso que às vezes ao sofrer um pico de tensão, ou o micro ser desligado enquanto o HD é acesso, surgem setores defeituosos. Ao ser cortada a energia, os discos param de girar e é desfeito o colchão de ar, fazendo com que as cabeças de leitura possam vir a tocar os discos magnéticos.

Para diminuir a ocorrência deste tipo de acidente, nos HDs modernos é instalado um pequeno imã em um dos lados do actuator, que se encarrega de atrair as cabeças de leitura à posição de descanso, toda vez que a eletricidade é cortada (tecnologia chamada de auto-parking). A camada de proteção dos discos magnéticos, também oferece alguma proteção contra impactos, mas mesmo assim, às vezes os danos ocorrem, resultando em um ou vários setores defeituosos. Por isso, é sempre bom desligar o micro apenas na tela “o seu computador já pode ser desligado com segurança” do Windows.

Apesar do preço, um no-break será uma excelente aquisição, não só por aumentar sua tranqüilidade enquanto está trabalhando (já que mesmo se a eletricidade acabar, você ainda terá tempo suficiente para salvar seu trabalho e desligar tranqüilamente o micro), mas por prevenir danos aos discos rígidos. Atualmente os modelos mais baratos custam menos de 200 reais, menos de 15% do valor total de um micro simples

A placa controladora


Todo o funcionamento do disco rígido, a movimentação da cabeça de leitura, a velocidade de rotação, a leitura e gravação dos dados, o envio e recebimento de dados através da porta IDE, etc. é coordenado pela placa controladora. Nos HDs mais antigos, a placa controladora era uma placa separada, conectada a um slot ISA e ligada ao HD por dois cabos de dados. Este arranjo era muito ineficiente, pois a distância tornava a comunicação muito susceptível a interferências e corrupção de dados.

A partir do advento dos discos IDE, a placa controladora passou a fazer parte do próprio disco rígido. Nada mais lógico, pois a placa controladora precisa ser construída de acordo com a arquitetura física do disco, e jamais funcionaria em outro modelo, sendo assim, não existiria motivo para mante-los separados. Além da praticidade, este arranjo permite uma comunicação de dados muito mais eficiente, já que são usados cabos muitos mas curtos. É por isso que não dizemos “controladora IDE” e sim “interface IDE”, pois ela funciona apenas como um meio de comunicação, já que a controladora faz parte do próprio disco rígido.

Apesar de pequena, a placa controladora de um disco atual é muito mais sofisticada do que um micro antigo inteiro, (um 286 por exemplo), possuem mais poder de processamento e até mesmo mais memória, na forma do cache ou buffer, por sinal um dos grandes responsáveis pelo desempenho dos HDs atualmente. Os HDs atuais podem trazer até 2 MB de cache, que armazena os dados acessados, diminuindo bastante o número de leituras. Dados armazenado no cache podem ser transferidos quase que instantaneamente, usando toda a velocidade permitida pela interface IDE, enquanto um acesso a dados gravados nos discos magnéticos demoraria muito mais tempo.

Formatação


Para podermos usar o disco rígido, primeiro devemos formatá-lo. Formatar significa dividir logicamente o disco em setores endereçáveis, permitindo que os dados possam ser gravados e posteriormente lidos de maneira organizada.

A formatação do disco é um assunto relativamente complicado, tanto que muitas vezes, mesmo profissionais da área têm dúvidas sobre este assunto. A primeira coisa a se compreender sobre isto, é que existem dois tipos de formatação: a formatação física, ou formatação de baixo nível, e a formatação lógica.

No início deste capítulo, discutimos sobre a organização do disco em trilhas, setores e cilindros. Esta organização é necessária para que se possa ler e gravar dados no disco.

A divisão do disco em trilhas, setores e cilindros é chamada de formatação de baixo nível, ou formatação física. Os discos mais antigos, padrão ST-506 e ST-412 (que há mais de uma década deixaram de ser usados, sendo substituídos pelos discos padrão IDE e SCSI), eram muito mais simples que os atuais, permitindo que a formatação física fosse feita pelo próprio usuário através do Setup. Inclusive, estes discos precisavam ser periodicamente reformatados fisicamente. Isso acontecia por um problema simples: quando lidos pela cabeça de leitura, os setores do disco esquentavam e se expandiam, esfriando e contraindo-se logo em seguida.

Esta expansão e contração da superfície do disco, acabava por alterar a posição das trilhas, causando desalinhamento e dificultando a leitura dos dados pela cabeça magnética, sendo necessária uma nova formatação física para que as trilhas, setores e cilindros, voltassem às suas posições iniciais.

Para piorar, nesses discos obsoletos era utilizado um motor de passo para movimentar as cabeças eletromagnéticas que, por não ser completamente preciso, sempre acabava causando algum desalinhamento também.

Os HDs IDE e SCSI, usados atualmente, já são muito mais complexos que os discos antigos, sendo quase impossível determinar sua disposição de trilhas, setores e cilindros para possibilitar uma formatação física. Eles também não possuem o problema de desalinhamento, de modo que neles a formatação física é feita somente uma vez na fábrica.

Qualquer tentativa indevida de formatar fisicamente um disco moderno simplesmente não surtirá efeito, podendo em alguns casos raros, até mesmo inutilizar o disco. Concluindo, todos os HDs do padrão IDE ou SCSI não precisam ser formatados fisicamente, não sendo aconselhada qualquer tentativa.

Existem alguns programas, como o Ontrack Disk Manager ou o Maxtor Low Level Format, que são usados por alguns usuários como formatadores físicos. Na verdade, em sua maioria estes programas são simplesmente ferramentas de diagnóstico e correção de erros, na mesma linha do Scandisk, apenas com alguns recursos a mais, que checam o disco marcando setores defeituosos, permitindo também visualizar muitos outros erros lógicos no disco e corrigi-los. De qualquer maneira, a ação destes programas é apenas a nível lógico.

Outros programas como o ‘Zero Fill”, fazem um tipo de formatação irreversível, preenchendo todos os setores do disco com bits 0. A única diferença deste tipo de formatação, para a feita pelo comando “Format”, é que (pelo menos em teoria) não é possível recuperar nenhum dos dados anteriormente gravados no disco.

Finalmente, temos alguns programas antigos, assim como a opção de “Low Level Format” encontrada no Setup de placas mãe antigas, destinada a formatar fisicamente os antigos HDs padrão MFM e RLL. Quando usado em um HD IDE ou SCSI, este tipo de formatação simplesmente não funciona. Quando muito é apagado o Defect Map e o setor de Boot do HD, desfazendo a formatação lógica do disco e causando a perda dos dados gravados, sem entretanto, alterar a formatação física.

Algumas pessoas tentam usar placas mãe mais antigas, que possuem no Setup a opção de formatação de baixo nível para “formatar fisicamente” seus discos rígidos IDE a fim de eliminar setores danificados no disco. Este procedimento, além de poder causar danos ou mesmo a inutilização do disco rígido, não traz nenhuma vantagem.

Um setor danificado é uma pequena falha na superfície magnética do disco rígido, onde não se pode gravar dados com segurança. Estes danos na superfície do HD podem surgir devido a algum impacto forte, ou mesmo devido ao desgaste da mídia magnética, o que costuma ocorrer em HDs com muito uso. Quando rodamos algum utilitário de diagnóstico do disco rígido, como o Scandisk, que acompanha o Windows 95 ou 98, são testados todos os setores do disco rígido, e aqueles que estão danificados, são marcados como defeituosos numa área reservada do disco chamada de “Defect Map”, para que não sejam mais usados. Os setores danificados são comunmente chamados de “bad-blocks”.

Estes setores são marcados como defeituosos justamente por apresentarem tendência à corrupção dos dados gravados. Tentar apagar o Defect Map, faria apenas com que estes setores fossem novamente vistos como bons pelo sistema operacional. Esta tentativa desesperada não soluciona o problema, simplesmente faria com que as áreas danificadas do disco, antes marcadas, voltem a ser utilizadas, diminuindo a confiabilidade do disco.