Arquitetura de computadores

Arquitetura de computadores
Prof. Edivaldo Serafim Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas IFSP – Campus Capivari

Memória externa 03/04/2013

Memória de computadores
Nenhuma tecnologia de memória satisfaz de maneira ótima todos os requisitos de armazenamento de computadores; Por isso existe uma hierarquia de subsistemas de memórias: Algumas internas: Acessadas diretamente pelo processador: Memória RAM, memória cache, registradores; Algumas externas: Acessadas através de operações de I/O: HD, Pen Drive, DVD, etc.; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Disco magnético Disco magnético é um disco de plástico, metal ou vidro que possui uma camada magnetizável que pode armazenar dados; Podemos gravar dados ou ler os dados no disco por meio de drives específicos; Os drives possuem um braço sobre o(s) disco(s) nos quais possuem uma cabeça de leitura ou gravação; Essa cabeça é uma bobina e também é denominada cabeçote; Podem ser: Removíveis: Disquetes e Zip drives; Fixos: Disco Rígido – HD; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Disquete Muito utilizado com armazenamento removível na década de 80 e 90; Possuiu várias versões: 8’’; 5 ¼’’; 3 ½’’. A cabeça de leitura/gravação toca o disco; Em desuso atualmente devido a vulnerabilidade dos dados, bem como a baixa capacidade de armazenamento. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Disquete Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Zip drives Muito utilizado com armazenamento removível na década de 90; Semelhante ao disquete, porém mais seguros e mais densos; Possuiu várias versões: 100 MB; 250 MB; 750 MB. Em desuso atualmente. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Zip drives Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Disco rígido (HD - Hard Disk)
Um dos componentes que mais evoluíram na história do computador; Criado na década de 50 e perdura até os dias atuais; Possuem em seu interior discos de metal, ou de vidro coberto com uma camada magnetizável protegidos por uma fina camada protetora; A cabeça de leitura/gravação não encosta no disco; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Funcionamento do HD Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Partes do HD Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Formas de magnetizar os discos
Os discos estão em constante evolução; Uma evolução em relação a capacidade de armazenamento está na forma de gravação dos dados; A primeira forma de gravar dados foi longitudinal; Depois foi perpendicular; Agora temos gravação perpendicular com calor (HARM). Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Gravação longitudinal
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Gravação perpendicular

Gravação perpendicular com calor

Organização O cabeçote lê e grava dados do disco que estão magnetizados; Como o cabeçote é pequeno, a região que ele pode atuar é muito pequena; Essa região no disco é conhecida com trilha, e é feita na fabricação do disco; Discos mais novos possuem mais de trilhas por polegada; As trilhas são divididas por setores, onde ficarão os dados armazenados; Setores são as menores unidades endereçáveis no HD; O tamanho de um setor é de 512 B. Um conjunto de trilhas na mesma posição em discos diferentes constitui um cilindro; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Organização Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Formatação Física Formatação de disco é um esquema para localizar o setor dentro da trilha; Utilizam-se indicadores para localizar o início da trilha, o início e o final de um setor e o final da trilha; Atualmente essas informações são dados gravados no disco no processo de fabricação e nunca podem ser alteradas; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Formatação lógica Consiste em gravar um sistema de arquivo em um HD;
Sistema de arquivo são utilizados por sistemas operacionais para organizar e otimizar o acesso as informações no HD: FAT 32; NTFS; EXT 4; HFS e MFS; Pode ser refeita muitas vezes, dependendo da necessidade e do tipo de sistema operacional; Vários tipos de sistema de arquivo podem coexistir juntas em um HD; O sistema operacional deve ter recursos para ler partições diferentes. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Parâmetros de desempenho
Os principais parâmetros de desempenho de HD são: Tempo de busca (Seek Time): Tempo para a cabeça ir de uma trilha para outra; Pode ser subdividido em Full Stroke – tempo de ir da primeira trilha até a ultima trilha do disco; Track-toTrack – tempo de ir de uma trilha para outra vizinha; Average – valor médio para acessar um setor aleatório do disco. Tempo de latência (Latency Time): Latência é o tempo entre posicionar a cabeça na trilha e achar o setor correto; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Parâmetros de desempenho
Continuação... Tempo de acesso (Access Time): Média entre tempo de busca e o tempo de latência. Tempo de chaveamento de cabeça (Head Switch Time): Tempo decorrido para escolher a cabeça correta entre as faces dos discos. Taxa de transferência: Quantidade de dados por segundo que podem ser transferidos entre a placa e o HD; Pode ser dividido em: Transferência interna – Taxa de transferência entre a cabeça de leitura e o buffer; Transferência externa – Taxa de transferência entre o buffer e a placa mãe. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Placa controladora Para a comunicação com a placa mãe, o HD possui uma placa de circuito que possui: Processador; Barramentos; Buffer. Podem ser de várias tecnologias: IDE ou ATA ou PATA; SATA; SCSI; SAS; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

RAID RAID ou Redundant Array of Independent Drives ou Redundant Array of Inexpensive Drives é um arranjo de HDs para melhorar o desempenho ou prover redundância; Possui dois arranjos principais: RAID 0 – striping: Visa maior desempenho; Os dados são divididos entre os discos; Não possui redundância; Caso um HD falhe, todos os dados são comprometidos; RAID 1 – espelhamento: Visa maior segurança das informações; Dois discos no mínimo; Os dados são gravados em duplicidade nos dois discos; Se um falhar existe outro como “backup”. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

RAID Existem outros arranjos, possuindo 7 níveis (do 0 ao 6);
Basicamente e ideia é a mesma; Incorporam outras formas de correção de erros, formas de acesso e situações específicas de uso. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

SSD – Solid State Discks
“Discos” de estado sólido são dispositivos de armazenamento em massa que deverá substituir os HDs no futuro; Utilizam memória flash ao invés de discos magnéticos; Possuem maior velocidade de acesso; Maior taxa de leitura e gravação em setores aleatórios; Menor consumo de energia elétrica; Por não possuírem partes móveis são mais duráveis e menos susceptíveis a danos; A grande desvantagem é o custo de fabricação. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

SSD – Solid State Discks

Cartão de memória Flash
Outro tipo de dispositivo de armazenamento em massa são os cartões de memória flash; Muito utilizados por dispositivos móveis; Possuem vários formatos e capacidades; A memória flash é também utilizada em pen drives. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Cartão de memória Flash

Leitor de cartões Os cartões de memória flash são lidos através de leitores de cartões, acoplados a uma porta USB interna do computador; Existem leitores plugados em portas USB externas; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Leitor de cartões Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas Tem com principal característica o uso de lazer para leitura e gravação quando possível; As mídias óticas usadas atualmente são: CD – ROM; CD – R; CD – RW; DVD – ROM; DVD – R; DVD – RW; Blue Ray; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas - Funcionamento
As mídias óticas são formadas por discos de policarbonato cobertos com uma camada reflexiva, geralmente uma liga de alumínio; A camada reflexiva tem como função refletir o lazer para a leitura ou dissipar a luz, formando os 0s e 1s; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

O drive possui dois componentes chaves: Uma fonte de lazer; Um receptor foto sensível; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas - organização
Mídias óticas podem ser organizadas de duas maneiras: CAV (Velocidade Angular Constante) Quantidade de dados armazenados nas trilhas mais externas e igual a quantidade armazenada nas trilhas mais internas; Disco gira numa velocidade fixa; Ocorre um desperdício de espaço de armazenamento. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

CAV (Velocidade Angular Constante) Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

CLV (Velocidade Linear Constante) Dados distribuídos no disco em setores de mesmo tamanho; Capacidade e atraso rotacional são maiores para as trilhas mais externas; Armazenamento mais eficiente; É necessário ajuste na velocidade; Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

CLV (Velocidade Linear Constante) Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas – Tamanho do Lazer
O que difere as mídias óticas é o tamanho do feixe de lazer; Nos CDs esse feixe é mais largo, cobrindo uma área maior; Nos DVDs esse feixe é mais estreito, o que os tornam mais densos em relação aos CDs; Nos Blue Ray, esse feixe é ainda mais estreito. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas – DVD x BD A imagem abaixo ilustra a diferença do tamanho das trilhas e a abrangência do feixe de lazer entre um lazer e um DVDBue Ray; DVD BD Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Mídias óticas – DVD x BD Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Fitas magnéticas Fitas magnéticas são fitas cobertas com óxido magnético; Foi o primeiro tipo de memória de armazenamento externo; São organizadas em trilhas paralelas: 9 trilhas – as primeiras; 18 trilhas; 36 trilhas; São utilizadas como mídia de Backup; São relativamente baratas em relação a outros tipos de armazenamento secundário; Utilizam drives específicos para leitura e gravação. Em 2010 a IBM e a Fujifilm lançaram uma fita com densidade de 29,5 bilhões de bits por polegada quadrada e capacidade de armazenamento de 35TB. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Fitas magnéticas Exemplo de layout de fita magnética com 9 tiras:

Fitas magnéticas Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

SAN – Storage Area network
SAN é uma rede de dispositivos de armazenamento de dados compartilhados, como sistemas de armazenamento em disco e de automação de fitas; A arquitetura de uma SAN é tal que os recursos de armazenamento ficam disponíveis para vários servidores em uma rede local ou de longa distância; Como os dados armazenados não residem diretamente em nenhum dos servidores da rede, o poder de processamento é otimizado para aplicativos comerciais e a capacidade de armazenamento pode ser alocada ao servidor onde ela é mais necessária; Geralmente utilizam sistemas de armazenamento em disco Fibre Channel. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

SAN – Storage Area network

SAS - Serial Attached SCSI
O SAS é um barramento serial, muito similar ao SATA mas é voltado para o uso em servidores; Possuem taxa de transferência de 1.2 GB/s; Existem dois tipos de extensores SAS Edge Expanders: Permitem ligar até 128 discos na mesma porta; Fanout Expanders: Permitem conectar até 128 Edge Expanders. Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

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