02-Fontes e Armazenagem de Dados

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Fontes e Armazenagem de Dados
ispositivos de Armazenamento em Massa
Em um computador toda a informação que não pode ser perdida
quando a máquina é desligada deve ser guardada, armazenada,
em memórias genericamente conhecidas como memórias de
armazenamento em massa ou memórias secundárias. Trata-se de um
tipo de memória dita não volátil, pois tem a capacidade de preservar seu
conteúdo mesmo quando o dispositivo não é alimentado por eletricidade.
Exemplos deste tipo de memórias são os discos rígidos (HDDs)
tradicionais, os SSDs (Solid State Disk – Disco de estado sólido), pen
drives de grande capacidade, HDDs externos, mídias óticas como DVDs,
Blue Rays etc.
Neste curso vamos tratar apenas dos dispositivos mais comumente
encontrados nos computadores atuais, o HDD e o SSD, pois, em um
futuro não muito distante estes últimos substituirão completamente os
primeiros.
 
HDD
HDDs (Hard Disk Drives) são dispositivos encontrados nos computadores
há muito tempo. Trata-se do dispositivo de armazenamento que possui a
melhor relação custo/(unidade de armazenamento), ou seja, é a maneira
mais barata de armazenar um grande volume de informação.
Dentre os fabricantes destes dispositivos destacam-se Seagate, Western
Digital, Samsung e a japonesa Hitachi. Na especificação de um HDD
deve-se levar em conta os seguintes aspectos:
(a) Formato: Os HDDs estão disponíveis nos formatos de 2.5” e
3.5”, veja Figura 1 (b) e (c) respectivamente. Estes tamanhos referem-se
ao diâmetro do disco (mídia / prato), ver Figura 1 (a) onde são gravadas
as informações. HDDs de mesmo formato possuem as mesmas
dimensões externas e isto define as exigências do seu local de instalação.
Existe a possibilidade de se instalar HDDs de 2.5” em locais destinados
aos de 3.5”, para tanto, deve-se utilizar adaptadores. Os HDDs de 2.5”
destinam-se a dispositivos portáteis como, por exemplo, notebooks já os
de 3.5” destinam-se aos desktops.
(b) Capacidade: A capacidade refere-se ao espaço disponível no
dispositivo para o armazenamento de informação. Os HDDs de 2.5” de
maior capacidade na atualidade disponibilizam 2 TB de espaço enquanto
os de 3.5” podem chegar a até 12 TB ou mais. Um bom (não excelente!)
Notebook costuma estar equipado com um HDD de 1TB enquanto um
bom desktop costuma estar equipado com um HDD de 4 TB. Desktops
possuem a flexibilidade de permitir a instalação de mais de um HDD, com
isso, o usuário não precisará trocar o HDD original ou antigo para a
instalação de um novo, isto raramente acontece em notebooks.
(c) Velocidade do HDD: Durante o funcionamento o(s) prato(s) do
HDD executa(m) um movimento de rotação, quanto mais rápido este
movimento maior é a capacidade de leitura e gravação do dispositivo. A
rapidez do movimento de rotação é medida em RPM (Rotações Por
Minuto), tipicamente a velocidade de um HDD de 2.5” é de 5400 RPM e a
de um HDD de 3.5” é de 7200 RPM, ou seja, tipicamente um HDD de 3.5”
é mais veloz que um de 2.5”.
(d) Peso: Tipicamente os HDDs de 2.5” são mais leves que os HDD de
3.5 polegadas. Os HDDs de 3.5” podem possuir pesos diferentes, pois,
podem possuir diferentes quantidades de pratos em seu interior a
depender de sua capacidade.
(e) Cache: Em um HDD a real velocidade de leitura e gravação
nos pratos é baixa e isto se deve principalmente a sua característica
mecânica, pois, os pratos devem girar para permitir a sua leitura. Com o
intuito dar agilidade aos procedimentos de leitura e gravação de dados
nestes HDDs uma memória semicondutora (eletrônica) de alta velocidade
foi acrescentada aos dispositivos, trata-se da memória cache.
Dependendo da qualidade e do preço do HDD mais ou menos memória
cache pode estar disponível. Para entender como a memória cache
funciona vamos considerar um exemplo, imagina que você tenha
executado um comando de gravação de um arquivo no disco, você colou
um arquivo no Windows Explorer, se este arquivo é menor do que a
memória cache ele é transferido rapidamente para ela e é como se ele
tivesse sido rápida e completamente gravado no disco, mas não foi, na
verdade ele foi transferido para cache aos poucos ele será de fato
gravado no disco. Um bom HDD de 2.5” possui pelo menos 128 MB de
cache enquanto um bom HDD de 3.5” possui 256 MB.
(f) Interface: A interface refere-se a maneira como o HDD se
comunica com sistema, trataremos deste tema um pouco mais adiante.
A Figura 1 apresenta em (b) e (c) os parâmetros discutidos anteriormente
para dois modelos comerciais de HDDs.
HDDs para uso corporativo
 
Digamos que você esteja pensando em trabalhar no segmento
corporativo, o que mais você precisa saber sobre HDDs tradicionais?
Assim, como todos os outros elementos voltados para o segmento
corporativo, os HDDs também possuem características especiais,
tomemos como base o HDD Seagate Exos X18. Trata-se de um HDD
voltado principalmente para aplicação em Data Centers, Servidores e
Workstations. Na figura 2 podemos encontrar uma imagem deste HDD há
também uma tabela com a comparação de algumas das especificações
que o distingue do modelo Seagate da Figura 1.
Figura 1 – HDD.
Como pode ser observado na Figura 2, o HDD EXOS X18 embora opere
através de uma interface (SATA 12Gb/s), possua a mesma quantidade de
memória cache (256 MB) e mais algumas outras especificações
semelhantes apresenta um desempenho superior ao modelo BarraCuda
e que envolvem velocidade e segurança. Quanto a questão da velocidade
o Exos X18 possui velocidade sustentada de leitura e escrita, esta última
não mostrada, superiores ao modelo BarraCuda, além disso, a latência
média, tempo para iniciar um procedimento de leitura ou escrita é menos
no Exos X18, obviamente tudo isto impacta em seu desempenho. Sob o
aspecto da segurança destaca-se a maneira como os parâmetros são
apresentados, no Exos X18 são valores exatos enquanto no BarraCuda
são valores aproximados, no caso do Exos X18 isto se faz necessário
devido às exigências do mercado corporativo.
Muitas outras características diferem ainda ambos os modelos, dentre
elas destaca-se algoritmos de prevenção e correção de erros e
mecanismos para aumentar a eficiência energética, porém,
aprimoramentos particulares e patenteados da própria Seagate e não
convém entrar em detalhes quanto a estas características.
 
SSDs
Os SSDs (Solid State Disks – Discos de Estado Sólido) representam a
evolução dos HDDs. Nos SSDs a informação é guardada em Chips e não
em pratos na forma de pequenos imãs (dipolos) como nos HDDs
tradicionais, devido a esta diferença os SSDs não possuem partes móveis
e por isso dispõem de possibilidades evolutivas muito maiores do que os
Figura 2 – HDD X18.
HDDs tradicionais. Nos SSDs, assim como nos HDDs a informação não é
perdida quando o dispositivo deixa de ser alimentado eletricamente.
Consideremos na forma de itens as vantagens dos SSDs sobre os HDDs:
(a) Velocidade de leitura: Nos SSDs a leitura e a escrita são feitas
de forma totalmente eletrônica e com isso eles as executam de maneira
mais rápida, portanto, são mais rápidos.
(b) Consumo de energia: Devido a sua natureza completamente
eletrônica, não possuindo motores, os SSDs consomem menos energia,
isto favorece sua aplicação em dispositivos operados por baterias como,
por exemplo, Notebooks. Favores também sua aplicação mesmo em
desktops, após a eficiência energética é algo almejado em todos os
segmentos.
(c) Segurança de dados: Por não possuírem partes móveis são
menos vulneráveis à choques mecânicos (pancadas, impactos). Os HDDs
são altamente vulneráveis a este tipo de ocorrência que pode tornar
ilegível a informação gravada em sua mídia.
(d) Evolução: Os SSDs tiram grande vantagem dos aprimoramentos
na fabricação de Chips, com isso, sua capacidade, economia energética e
velocidade aumentam rapidamente.
 Além do preço por unidade de armazenamento disponível que é sempre
maior que o observado nos HDDs, uma desvantagem salta aos olhos nos
SSDs, a capacidade de recuperação de dadosem um dispositivo
danificado. Na maioria das vezes nos HDDs para a recuperação dos
dados basta a utilização de um programa específico, eventualmente torna-
se necessário a substituição da placa lógica e em situações extremas
pode-se encaminhar o HDD para empresas especializadas que retiram a
mídia (os pratos) do HDD e, em equipamentos especializados, tentam
resgatar a informação ali contida. Nos SSDs quase sempre a
recuperação dos dados envolve seu encaminhamento para empresas
especializadas e, quando é possível, este procedimento costuma ser
muito caro!
A Figura 3 (a) apresenta um SSDs aberto e em (b) um HDD também
aberto, note a “simplicidade” de sua construção interna de um SSD.
Interface de conexão para memórias de Armazenamento em massa
interno
As interfaces de comunicação, também chamadas de interfaces de
conexão ou ainda simplesmente barramentos, definem a maneira como
os dispositivos conectam-se ao computador, e mais, definem como se
dará a troca de dados entre o dispositivo e o computador. Elas evoluem
ao longo do tempo adicionando melhorias que vão desde aumento na
velocidade de troca de dados até melhorias na segurança e simplicidade.
Para a conexão dos HDDs a último tipo de interface desenvolvida foi a
SATA III ou SATA 6.0 Gb/s (SATA = Serial Advanced Technology
Attachment), a Figura 4 (a) mostra um conector SATA no HDD tradicional
e um conector SATA na placa mãe, um cabo que também é mostrado na
Figura 4 (a) conectado a estes conectores conecta os dispositivos. Esta
interface assim como as versões anteriores atendiam as necessidades
particulares da comunicação com HDDs e desde seu surgimento em
2009 até o surgimento dos SSDs ela não sofreu mais atualizações, na
verdade houve o surgimento do conector eSATA. Esta estagnação deve-
se ao fato de os HDDs não terem necessitado de aumento na capacidade
de troca de dados com o sistema, pois, não evoluíram neste sentido.
Quando os SSDs surgiram eles passaram a se conectar ao computador
por meio desta interface exatamente da mesma maneira que os HDDs, ou
seja, seguindo as mesmas regras de comunicação. (Figura 4 (b)), porém,
com a rápida redução no tamanho dos SSDs eles exigiram novos tipos de
conectores, especificamente projetados para eles, assim surgiram os
Figura 3 – HDD vs SSD
conectores mSATA e M.2, este último com mais de uma versão (Figura 4
(b)).
 
Não foi somente os conectores que tiveram que evoluir para atender às
necessidades dos SSDs, como estes dispositivos aumentavam
constantemente suas velocidade de troca de dados uma nova interface
teve que ser criada, ou adaptada para eles. Com isto surgiu a interface
PCIe, esta adaptação veio por meio da conexão direta dos SSDs ao
barramento PCI express, daí o termo PCIe e ela já está sua versão 4.0.
Esta conexão permite aos SSDs trocar dados a uma taxa de 16 Gb/s,
lembre-se que o SATA III estava em 6 Gb/s! Uma última evolução na
interface dos SSDs com o computador veio do estabelecimento de
regradas para a troca de dados adaptadas às exigências dos SSD, pois
as regras anteriores tinham derivado das exigências dos HDDs, com isso
surgiu o padrão NVMe e eles ficaram ainda mais rápidos, eficientes e
seguros!
Apenas para se ter uma ideia o HD SEAGATE EXOS X18 consegue uma
taxa sustentada de leitura de dados de 270 MB/s, um SSD Spectrix S40G
da linha XPG da fabricante ADATA qua possui 2 TB de espaço pode
atingir velocidade de leitura sustentada de até 3.500 MB/s, quase 13
vezes mais! Seu preço atual é de R$ 2.590,00 enquanto o EXOS X18
custa R$ 4.262,42 oferecendo 9 vezes mais espaço!
 
Dispositivos de Entrada de Dados
Figura 4 – Interfaces.
São dispositivos que permitem ao usuário entrar com informação no
computador, porém como uma placa de rede WiFi também nos permite
entrar com dados no computador e não é considerada um clássico
dispositivo de entrada de dados a definição de dispositivos de entrada
carece de mais algum elemento em sua definição, isto se faz da seguinte
maneira: “São dispositivos que convertem uma informação de significado
imediato para o usuário em um código binário, ou seja, codificam”. Eles
também são conhecidos como periféricos de entrada de dados, pois,
tipicamente estão na periferia, ao redor do computador, conectado ao
mesmo por meio de cabos, ou via interface sem fio, sobre as quais
falaremos em momento oportuno. Como exemplos de dispositivos de
entrada de dados, temos o scanner que pode vir integrado à uma
impressora na forma de um multifuncional, a câmera, o microfone que
deve operar ou não em conjunto com uma placa de áudio, o teclado etc.
Consideremos alguns destes dispositivos.
 
Dispositivos de Saída de Dados
São dispositivos que fazem exatamente o contrário dos dispositivos de
entrada, ou seja, transforma códigos quadrados em arquivos dentro do
computador em informação de significado imediato. Para que isto seja
possível, como acontece com os dispositivos de entrada, eles devem
contar com drivers que estabelecem a conexão de dados entre eles, o
S.O. e os aplicativos que os utilizam. A Figura XX, apresenta esta ideia.
Exemplos clássicos de dispositivos de saída de dados são (a) monitor, (b)
caixa de som e (c) impressoras. Como exemplo mais modernos podemos
citar (a) impressora 3D, (b) os óculos de realidade virtual e (c) o óculos de
realidade estendida.
 
 
Atividade Extra
 
Produto novo! Será que vai pegar? Assista ao vídeo disponível no link
(https://www.youtube.com/watch?v=N5faA2MZ6jY) e aproveite!
 
 
Referência Bibliográfica
 
STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 10. ed. São
Paulo: Editora Pearson Universidades, 2017.
TANENBAUM, A.S. Organização Estruturada de Computadores. 6. ed.
Sã P l Edi P U i id d 2013
https://www.youtube.com/watch?v=N5faA2MZ6jY