Instituto de Computação UNICAMP MC722 - Projeto de Sistemas Computacionais Por Dentro do HD Felipe Heidi Shiratori RA: 060657 Guilherme Henrique G. Pozzato RA: 061240 Hugo Hideki Yamashita RA: 061465

Introdução HDs são unidades de armazenamento de dados Não-volátil Tópicos -História -Estrutura -Densidade de armazenamento -Gravação e leitura de dados -Geometria dos discos -Detecção de erros -Padrões e tecnologias

História 1956 - IBM 350 -Primeiro HD -50 discos de 24 polegadas cada -Apenas 2 cabeças de leitura/escrita 1961 - IBM 1301 -Uma cabeça para cada superfície dos discos 1973 - IBM 3340 -Apelidado de Winchester -Cabeças menores e mais leves

História – IBM 350

Estrutura do HD Parte Lógica -Circuitos controladores HDA (Hard Drive Assembly) -Compartimento selado -Formado por: -Discos Magnéticos -Cabeças de leitura/escrita -Braço -Atuador (voice coil)

Estrutura do HD

Densidade de armazenamento Quantidade de dados por unidade de área Aumentar a capacidade do HD sem aumentar o tamanho físico significa aumentar a densidade de armazenamento Formas de aumentar a densidade de armazenamento -Diminuir o tamanho dos setores -Gravar os dados no disco de forma diferente (veremos em breve)

Gravação e leitura de dados Feita de forma magnética Grava os dados na superfície magnética do disco Cabeça de leitura/escrita dividida em duas partes Gravação -Utiliza um eletroímã -Pode mudar a polaridade muito rapidamente Leitura -Capta o campo magnético e produz uma pequena corrente

Gravação e leitura de dados

Formas de Gravação Gravação Longitudinal -Orientação magnética dos dados é longitudinal -Forma de gravação utilizada desde os primeiros HDs -Problemas com o aumento da densidade de armazenamento Gravação Perpendicular -Orientação magnética dos dados é perpendicular -Forma de gravação que vem sendo adotada pelos fabricantes -Possibilita o aumento da densidade de armazenamento

Formas de Gravação

Geometria dos discos Divisão lógica do disco Trilhas: Regiões circulares concêntricas Setores: Divisões dentro das trilhas Cilindros: Conjunto de trilhas sobrepostas

Detecção de erros HDs estão sujeitos a falhas de leitura ECC (Error Correcting Code) -Gravado nos setores junto com os dados Caso um erro de leitura seja detectado, o ECC tenta corrigir Persistindo o erro tenta ler novamente Soft error – Sucesso na correção Bad Block – Falha na correção Tudo feito pelo próprio HD

Padrões e Tecnologias IDE – Integrated Drive Electronics É desenvolvida para suprir a necessidade do mercado por maior armazenamento de dados. Padrões existentes como ESDI e ST-506 não conseguiam ser ampliados devido aos custos elevados e ruídos na transferência de dados . IDE agrega todo o circuito controlador no próprio HD.

Padrões e Tecnologias IDE – Integrated Drive Electronics O computador passa a ver e acessar o HD como um vetor de blocos de 512 bytes. Isso tornou o acesso ao disco mais rápido e preciso, além de retirar do computador a tarefa de controlar diretamente o HD. Em 1986 surgem os primeiros HDs IDE. Em 1994 é passado a padrão ANSI e com o tempo passa a ser chamado de ATA-1.

Padrões e Tecnologias EIDE – Enhanced IDE Nova versão do IDE. Melhor capacidade armazenamento e melhora na transferência de dados. Outros dispositivos além dos discos rigidos podiam utilizar a interface ATA. Possibilidade de conectar 2 dispositivos no mesmo conector ATA.

Padrões e Tecnologias EIDE – Enhanced IDE Fast ATA-1 e Fast ATA-2 Se torna padrão ANSI em 1996 como ATA-2. Fast ATA-1 e Fast ATA-2 - Variantes do padrão ATA com melhoras na taxa de transferência.

Padrões e Tecnologias ATAPI – Attachment Packet Interface Transpõem o padrão ATA para outros dispositivos com comportamento semelhante ao de um disco rígido, como um CD-ROM. Interpretava os sinais desses dispositivos e os traduzia em protocolos SCSI, Small System Computer Interface, que eram reconhecidos pelo ATA.

Padrões e Tecnologias Conector ATA

Padrões e Tecnologias Cabo para conexão ATA

Padrões e Tecnologias DMA – Direct Memory Access CPU tem seu processamento comprometido servindo de mediador entre dispositivos e a memória principal. DMA criou meios dos dispositivos se comunicarem com a memória principal independente da CPU

Padrões e Tecnologias DMA – Direct Memory Access HDs, placas de rede, placas de som, placa de video e GPUs se beneficiaram dessa tecnologia. Também é utilizada em processadores multi- core, para a troca de informação entre os núcleos e os núcleos e a memória principal.

Padrões e Tecnologias Ultra ATA Padrão ATA utilizando a tecnologia DMA, por isso também é conhecido com UDMA. Permitiam taxas de transferência elevadas, de 33, 66, 100 e 133 Mbytes/s.

Padrões e Tecnologias SATA – Serial ATA Transferência de dados de forma serial, ao contrário do ATA que a transmissão é paralela. Menos suscetível a ruídos devido ao menor número de vias e ao melhor isolamento dos cabos conectores. Hot-Swap – Torna possível a troca de dispositivos sem a necessidade de desligar o computador.

Padrões e Tecnologias Conector SATA

Padrões e Tecnologias Cabo para conexão SATA

Padrões e Tecnologias eSATA – External SATA Utilizada em HDs externos. Tem taxas de transmissão de dados superior a da interface USB, mas necessita de uma fonte externa de energia.

Taxas de transferência nas interfaces USB e eSATA Padrões e Tecnologias Taxas de transferência nas interfaces USB e eSATA

Portas para conexão eSATA Padrões e Tecnologias Portas para conexão eSATA

Tabela de Transferência Tecnologia Largura (bits) Velocidade (Mbits/s) Velocidade (Mbytes/s) Floppy Disc Controller 8 0,5 0,062 CD Controller (1x) 16 1,4112 0,1764 DVD Controller (1x) 128 11,1 1,32 ATA-1 PIO Mode 0 26,4 3,3 ATA-1 PIO Mode 1 41,6 5,2 ATA-1 PIO Mode 2 66,4 8,3 ATA-2 PIO Mode 3 88,8 ATA-2 PIO Mode 4 133,3 16,7 UDMA ATA 33 264 33 USB Hi-Speed (USB 2.0) 1 480 60 UDMA ATA 66 528 66 UDMA ATA 100 800 100 UDMA ATA 133 1064 133 SATA-150 (SATA) 1500 187,5 eSATA (SATA-300) 2400 300 SATA-300 (SATA II) 3000 375 SATA-600 (SATA III) 4800 600

Considerações Finais A rápida evolução dos discos rígidos causou uma revolução no armazenamento de informação. Com o avanço da internet a quantidade de informação disponível é algo colossal.