Armazenamento em disco

Armazenamento em disco (às vezes também chamado de armazenamento em unidade) é uma categoria geral de mecanismos de armazenamento em que os dados são gravados por várias alterações eletrônicas, magnéticas, ópticas ou mecânicas em um camada superficial de um ou mais discos rotativos. Uma unidade de disco é um dispositivo que implementa esse mecanismo de armazenamento. Tipos notáveis são a unidade de disco rígido (HDD) contendo um disco não removível, a unidade de disquete (FDD) e seu disquete removível e várias unidades de disco óptico (ODD) e mídia de disco óptico associada.

(O disco ortográfico e o disco são usados de forma intercambiável, exceto quando as marcas registradas impedem um uso, por exemplo, o logotipo do Compact Disc. A escolha de uma forma específica é freqüentemente histórica, como no uso da IBM do disco começando em 1956 com a "Unidade de armazenamento em disco IBM 350".)

Seis discos rígidos

Três unidades de disco flexível

Uma unidade de disco CD-ROM (optical)

Fundo

As informações de áudio foram gravadas originalmente por métodos analógicos (consulte Gravação e reprodução de som). Da mesma forma, o primeiro disco de vídeo usava um método de gravação analógico. Na indústria da música, a gravação analógica foi substituída principalmente pela tecnologia ótica digital, onde os dados são gravados em formato digital com informações óticas.

O primeiro dispositivo de armazenamento em disco digital comercial foi o IBM 350, lançado em 1956 como parte do sistema de computação IBM 305 RAMAC. O armazenamento de discos de baixa densidade e acesso aleatório foi desenvolvido para complementar o já usado armazenamento de alta densidade e acesso sequencial fornecido por unidades de fita usando fita magnética. A inovação vigorosa na tecnologia de armazenamento em disco, aliada à inovação menos vigorosa no armazenamento em fita, reduziu a diferença no custo de aquisição por terabyte entre o armazenamento em disco e o armazenamento em fita; no entanto, o custo total de propriedade dos dados em disco, incluindo energia e gerenciamento, permanece maior do que o da fita.

O armazenamento em disco agora é usado tanto no armazenamento de computador quanto no armazenamento eletrônico de consumo, por exemplo, CDs de áudio e discos de vídeo (VCD, DVD e Blu-ray).

Os dados em discos modernos são armazenados em blocos de comprimento fixo, geralmente chamados de setores e variando em comprimento de algumas centenas a muitos milhares de bytes. A capacidade bruta da unidade de disco é simplesmente o número de superfícies do disco vezes o número de blocos/superfície vezes o número de bytes/bloco. Em certas unidades IBM CKD legadas, os dados eram armazenados em discos magnéticos com blocos de tamanho variável, chamados de registros; o comprimento do registro pode variar nos discos e entre eles. A capacidade diminuiu à medida que o comprimento do registro diminuiu devido aos intervalos necessários entre os blocos.

Métodos de acesso

As unidades de disco digital são dispositivos de armazenamento em bloco. Cada disco é dividido em blocos lógicos (coleção de setores). Os blocos são endereçados usando seus endereços de bloco lógico (LBA). A leitura ou gravação no disco ocorre na granularidade dos blocos.

Originalmente, a capacidade do disco era bastante baixa e foi aprimorada de várias maneiras. Melhorias no projeto mecânico e na fabricação permitiram cabeçotes menores e mais precisos, o que significa que mais faixas poderiam ser armazenadas em cada um dos discos. Avanços nos métodos de compactação de dados permitiram que mais informações fossem armazenadas em cada um dos setores individuais.

A unidade armazena dados em cilindros, cabeçotes e setores. A unidade de setores é o menor tamanho de dados a ser armazenado em uma unidade de disco rígido e cada arquivo terá muitas unidades de setores atribuídas a ele. A menor entidade em um CD é chamada de quadro, que consiste em 33 bytes e contém seis amostras estéreo completas de 16 bits (dois bytes × dois canais × seis amostras = 24 bytes). Os outros nove bytes consistem em oito bytes de correção de erro CIRC e um byte de subcódigo usado para controle e exibição.

As informações são enviadas do processador do computador para o BIOS em um chip que controla a transferência de dados. Isso é enviado para o disco rígido por meio de um conector multifio. Depois que os dados são recebidos na placa de circuito da unidade, eles são traduzidos e compactados em um formato que a unidade individual pode usar para armazenar no próprio disco. Os dados são então passados para um chip na placa de circuito que controla o acesso ao drive. A unidade é dividida em setores de dados armazenados em um dos lados de um dos discos internos. Um HDD com dois discos internos geralmente armazena dados em todas as quatro superfícies.

O hardware na unidade informa ao braço do atuador onde ele deve ir para a trilha relevante e as informações compactadas são enviadas para o cabeçote que altera as propriedades físicas, óptica ou magneticamente, por exemplo, de cada byte na unidade, armazenando assim as informações. Um arquivo não é armazenado de maneira linear; em vez disso, é mantido da melhor maneira para uma recuperação mais rápida.

Velocidade de rotação e layout da pista

Comparação de várias formas de armazenamento em disco mostrando faixas (não em escala); denotas verdes começam e terminam denotas vermelhas.
* Alguns gravadores CD-R(W) e DVD-R(W)/DVD+R(W) operam nos modos ZCLV, CAA ou CAV.

Mecanicamente, existem dois movimentos diferentes ocorrendo dentro da unidade. Uma delas é a rotação dos discos dentro do aparelho. O outro é o movimento lateral da cabeça através do disco conforme ele se move entre as trilhas.

Existem dois tipos de métodos de rotação de disco:

• velocidade linear constante (usado principalmente no armazenamento óptico) varia a velocidade de rotação do disco óptico dependendo da posição da cabeça e
• velocidade angular constante (usado em HDDs, FDDs padrão, alguns sistemas de disco óptico e registros de áudio de vinil) gira a mídia em uma velocidade constante, independentemente de onde a cabeça está posicionada.

O posicionamento da trilha também segue dois métodos diferentes nos dispositivos de armazenamento em disco. Dispositivos de armazenamento focados em armazenar dados de computador, por exemplo, HDDs, FDDs, unidades Iomega zip, usam trilhas concêntricas para armazenar dados. Durante uma operação sequencial de leitura ou gravação, após o drive acessar todos os setores em uma trilha, ele reposiciona o(s) cabeçote(s) para a próxima trilha. Isso causará um atraso momentâneo no fluxo de dados entre o dispositivo e o computador. Em contraste, os discos ópticos de áudio e vídeo usam uma única trilha espiral que começa no ponto mais interno do disco e flui continuamente para a borda externa. Ao ler ou gravar dados, não há necessidade de interromper o fluxo de dados para alternar as faixas. Isso é semelhante aos discos de vinil, exceto que os discos de vinil começam na borda externa e espiralam em direção ao centro.

Interfaces

A interface da unidade de disco é o mecanismo/protocolo de comunicação entre o restante do sistema e a própria unidade de disco. Os dispositivos de armazenamento destinados a computadores desktop e móveis geralmente usam interfaces ATA (PATA) e SATA. Os sistemas corporativos e os dispositivos de armazenamento de ponta geralmente usam interfaces SCSI, SAS e FC, além de algum uso de SATA.

Terminologia básica

• Disco - Geralmente refere-se a mídia magnética e dispositivos.
• Disc - exigido por marcas comerciais para certos meios ópticos e dispositivos.
• Platter – Um disco de gravação individual. Uma unidade de disco rígido contém um conjunto de platters. Os desenvolvimentos em tecnologia óptica levaram a várias camadas de gravação em DVDs.
• Spindle – o eixo giratório em que os platters são montados.
• Rotação – Platters girar; duas técnicas são comuns:
  • Velocidade angular constante (CAV) mantém o disco girando a uma taxa fixa, medida em revoluções por minuto (RPM). Isso significa que as cabeças cobrem mais distância por unidade de tempo nas faixas externas do que nas faixas internas. Este método é típico com discos rígidos de computador.
  • A velocidade linear constante (CLV) mantém a distância coberta pelas cabeças por unidade de tempo fixo. Assim, o disco tem de abrandar enquanto o braço se move para as faixas externas. Este método é típico para unidades de CD.
• Track – O círculo de dados gravados em uma única superfície de gravação de um platter.
• Setor – Um segmento de uma faixa
• Formatação de baixo nível – Estabelecer as faixas e setores.
• Cabeça – O dispositivo que lê e escreve a informação — magnética ou óptica — na superfície do disco.
• Braço – A montagem mecânica que suporta a cabeça enquanto se move dentro e fora.
• Tempo de busca – Tempo necessário para mover a cabeça para uma nova posição (faixa específica).
• Latência rotacional – Tempo médio, uma vez que o braço está no caminho certo, antes que uma cabeça esteja sobre um setor desejado.
• Taxa de transferência de dados - A taxa em que os bits de dados do usuário são transferidos de ou para o meio. Tecnicamente, isso seria mais precisamente intitulado a taxa de transferência de dados "grande".