caracteristicas midias de armazenamento HD, CD , DVD E fitas magneticas

Prévia do material em texto

5 Memória Secundaria
Os discos magné
cos são ainda os componentes mais importantes da memória externa. Esses 
pos
de discos são usados desde computadores pessoais simples até supercomputadores. O principal
atra
vo é a sua ampla capacidade de armazenamento. Outros disposi
vos largamente u
lizados
como memória de armazenamento secundário e como armazenamento de segurança (backup) são
os discos óp
cos CDs e DVDs. Nas sessões seguintes serão explorados os conceitos de ambas as
tecnologias.
5.1 Organização e funcionamento dos discos magné�cos
Um disco rígido (Hard Disk ou HD) é formado por uma ou mais super*cies, chamadas de pratos. Essa
super*cie é circular, fina e coberta por uma camada de material magne
zável. Atualmente, as duas
super*cies (as duas faces) do prato são cobertas por este material magné
co. Cada face do prato de
um disco é organizada em áreas circulares concêntricas, denominadas de trilhas. Em geral, como
cada trilha possui grande capacidade de armazenamento em bytes, elas são divididas em partes
menores, chamadas de setores.
Figura 16 Vista superior de um prato do HD Figura 17 Vista lateral dos pratos montados
Mesmo que haja diferença no tamanho *sico dos setores, eles armazenam sempre a mesma
quan
dade de informação, ou seja, 512 bytes. Isso se deve à densidade magné
ca de cada setor e
pela não existência de trilhas próximas das bordas do prato e nem próximas ao centro. O disco
completo (ou seja, todos os pratos) gira numa velocidade constante em torno do seu eixo, podendo
variar de 4.200 RPM a 7.200 RPM nas unidades u
lizadas em computadores desktop. Em
computadores servidores, essa rotação pode chegar a 15.000 RPM. Assim como nas trilhas, os
setores do disco são iden
ficados por um endereço, de S0 a S-1, que são definidas todas no
momento da formatação do disco.
Sobre cada prato, que tem duas super*cies u
lizadas para leitura e gravação, o braço transporta a
cabeça de leitura e gravação, realizando um movimento transversal sobre as trilhas. O mecanismo do
disco que executa o movimento do braço chama-se atuador.
Uma das caracterís
cas do funcionamento dos discos rígidos relaciona-se ao tempo gasto nas etapas
para leitura e escrita. O tempo gasto entre o instante de início da leitura ou escrita e seu término é
chamado de tempo de acesso, e é formado pelos tempos mostrados no Quadro abaixo.
Organização e Arquitetura de Computadores 31
Um dos módulos do sistema operacional chama-se Sistema de Arquivos, que faz o controle sobre as
leituras e gravações no disco. Os sistemas de arquivos mais comuns são o FAT32 e NTFS (existem
outros como Ext2, Ext3, RaiserFS, do Linux). O conjunto de vários setores do disco forma os clusters,
que são referenciados por um único endereço pelo sistema operacional. A quan
dade de setores
usados para cada cluster depende do 
po de sistema de arquivos escolhido. Por exemplo, no sistema
NTFS, os clusters variam de 512 bytes a 4 Kbytes. Já no FAT32, variam entre 2 e 32Kbytes, sempre
dependendo do tamanho do disco.
Figura 18 Exemplo de sistema de arquivos do HD (FAT)
Organização e Arquitetura de Computadores 32
5.2 Armazenamento com discos óp�cos
A memória óp
ca é um dos mais bens sucedidos produtos comerciais de todos os tempos. Criado
inicialmente para um sistema de áudio digital de disco compacto, o CD é um disco que não pode ser
apagado e tem capacidade para armazenar mais de 60 minutos de informação. Com a evolução dos
armazenamentos óp
cos, como o CD-R e o DVD, uma variedade de novos sistemas foram
introduzidos. Devido à alta capacidade de armazenamento (entre 650 e 750 MB) e à alta
confiabilidade, surgiram três 
pos de CDs no mercado: CD-ROM, CD-R e CD-RW.
CD-ROM (Compact Disc – Read Only Memory) - Foi o primeiro 
po u
lizado pela indústria. U
liza um
sistema óp
co para marcação dos bits (0s e 1s), diferente dos discos rígidos, que u
lizam meios
magné
cos. Esse disco é composto, em geral, por policarbonato, fabricado sob forma circular e têm
espessura de 1,2 mm e diâmetro de 12 cm. O processo de gravação é feita uma só vez na origem
(como por exemplo, uma empresa fonográfica ou um fabricante de soNware), em que são marcados
os elementos da informação e logo depois essa matriz é reproduzida em diversos outros discos, que
é determinado pelo lote do fabricante. Empresas de soNware (como a MicrosoN) ou empresas
fonográficas (como a Sony) u
lizam esses 
pos de CDs para distribuir seus grandes volumes de
programas ou músicas, por serem mais econômicos.
Diferentemente dos discos rígidos, que possuem várias trilhas concêntricas, os CDs possuem apenas
uma trilha, criada em espiral a par
r de um ponto próximo ao centro do disco (observe a Figura 8.4).
Com o propósito de aumentar a capacidade do disco, foi criada apenas uma trilha, onde contém
todos os blocos com a mesma capacidade de armazenamento, do início ao final. O processo usado
para gravar dados no disco é, em linhas gerais, simples. Ele ocorre a par
r do uso de um feixe de alta
intensidade para criar no disco as valas (pits), separadas por regiões planas (lands). O valor do bit 1 é
definido pela passagem de uma vala para uma super*cie plana, e dessa para uma vala. O valor do bit
0 é representado pelo espaço entre as valas.
CD-R (Compact Disc Recorded) - No caso de obtenção de poucas cópias (baixos volumes) de CDs, o
processo de gravação de CD-ROMs torna-se caro. A solução encontrada foi fabricar CDs virgens (bem
mais baratos) e um gravador especial de CD para uso público. Dessa forma, o processo de gravação
passou a ser individual (por CD) e não por matriz e prensagem, como é o caso dos CD-ROMs. Surgiu
então um novo 
po de CD, chamado de CD-R. Um CD-R tem caracterís
ca diferente do CD-ROM com
relação à existência de uma camada refletora de alumínio, que é plana e possui uma camada
adicional, a
va, cons
tuída de um corante fotossensível. Durante o processo de gravação (realizado
uma única vez), o feixe de laser de alta intensidade percorre a trilha e a
nge a camada a
va. Essa
Organização e Arquitetura de Computadores 33
camada a
va é translúcida e se torna opaca quando a
ngida por um feixe de laser de alta
intensidade. Dessa forma, podemos associar as regiões opacas aos pits (valas) e as regiões
translúcidas aos lands (planos).
CD-RW (Compact Disc ReWritable) - Da mesma forma que as memórias ROMs evoluíram para PROMs
e EEPROMs, os CDs também seguiram essa linha. A impossibilidade do CD-R em permi
r regravações
(como backups con
nuados e progressivos) o tornou pouco atra
vo, principalmente para as
empresas, a par
r daí surgiram os CD-RWs. Tecnicamente, a diferença básica do CD-RW para o CD-R
reside na camada extra, a
va, que no caso do CD-RW, cons
tui-se por três camadas: duas para
proteção, formadas por material dielétrico, e uma a
va, inseridas entre as duas primeiras. As
camadas de proteção permanecem sempre num estado translúcido. O processo de apagamento e
gravação de um CDRW pode ser repe
do milhares de vezes, mas aparentemente muito menos do
que o apagamento e regravação nos discos rígidos.
DVD (Digital Video Disc) - Os DVDs surgiram para subs
tuir o CD u
lizando uma mesma tecnologia 
óp
ca, porém com maior capacidade de armazenamento. Ele subs
tuiu as an
gas fitas de vídeos 
VHS analógicas e também está subs
tuindo os CDROMs. Sua capacidade de armazenamento pode 
chegar a 17 GB. Da mesma forma que existem os CD-R e os CD-RW, existem também osDVD-R e os 
DVD-RW, u
lizando suas gravações de forma semelhante ao CD.
Blu-ray Disc,-também conhecido como BD (de Blu-ray Disc) é um formato com 12 cm de diâmetro e 
1,2mm de espessura (igual ao CD e ao DVD) para vídeo e áudio de alta definição e armazenamento 
de dados de alta densidade. Capacidade chega a 100GB.
Organização e Arquitetura de Computadores 34
Diferenças entre o blu-ray, HD DVD e o DVD
Blu-ray HD DVD DVD
Capacidade 
(armazenamento)
23.3 / 25 / 27 GB 
(Camada Única)
15 GB (Camada Única) 4.7 GB (Camada 
Única)
46.6 / 50 / 54 GB 
(Camada Dupla)
30 GB (camada dupla) 8,5GB (Camada 
Dupla)
Comprimento de onda 
do raio laser
405 nm 400 nm 650 nm
Taxa de transferência 54,0 MB/s 36,55 MB/s 11,1 MB/s
Formatos suportados MPEG-2, MPEG-4 
AVC, VC-1
MPEG-2, VC-1 (Baseado 
no WMV), H.264/MPEG-4 AVC
MPEG-2
5.3 Armazenamento de estado sólido
O disposi
vo ou unidade de estado sólido (em Inglês: Solid-State Drive, SSD) é um disposi
vo de
armazenamento de dados usando a memória não volá
l, tal como memória flash, para armazenar
dados e informação, em vez de placas ou discos magné
cos Equipamento giratório unidades
convencionais de disco rígido (em Inglês, unidade de disco rígido, HDD). Não são tecnicamente
discos, e às vezes o "D" confundido como um disco. Em comparação com discos rígidos tradicionais,
disposi
vos de estado sólido são menos sensíveis a golpes, eles são pra
camente inaudíveis e tem
um menor tempo de acesso e latência. SSDs podem fazer uso da mesma interface que o HDD e são
facilmente intercambiáveis sem recorrer a adaptadores ou placas de expansão para combiná-los com
o equipamento. Exemplos disco de memoria, HD SSD,…
Figura 19 Diferenças entre SSD e HD
Organização e Arquitetura de Computadores 35
SSD HDD
Extremamente baixo, cerca de 0.1 a 0.3 ms pois a memória é sólida.
Latência de leitura
Desfragmentação
Ruído Não produz ruído durante o funcionamento.
Fatores Externos Não é sensível a choque, altitude, vibração, magnetismo.
Custos Preço por GB de espaço é baixo, consumo de energia alto.
Capacidade
Longevidade
Atributo ou 
Característica
Tempo de acesso 
randômico
Lento, de 5 a 10 ms, precisa mover o leitor até a trilha que contém as 
informações que deseja-se ler.
Baixa pois a leitura é direta de qualquer local da memória, o que 
resulta em menor tempo de boot do sistema e inicialização de 
aplicativos.
Alta pois requer o tempo de posicionamento do leitor no local 
correto.
Não traz grandes benefícios pois a leitura de qualquer local da 
memória é rápida, gasta ciclos de escrita que são limitados.
Requer desfragmentação contínua para ter melhor rendimento, pois 
a leitura de arquivos fragmentados é muito lenta.
As partes que se movimentam durante o funcionamento produzem 
ruído, em alguns modelos este ruído é perceptível.
Sensível a choque, altitude, vibração e magnetismo (o último pode 
danificar arquivos).
O preço por GB de espaço é alto, já o consumo de energia é 
bastante baixo.
A grande maioria dos SSDs comercializados são de 60 GB a 1TB ; 
existem exemplares com 3 B de espaço ou mais mas são caros.
Capacidade alta é comum, exemplares com 4 TB são 
comercializados a preços acessíveis.
Apesar de serem menos suscetíveis a falhas, os SSDs possuem 
limitação de ciclos de escrita (em geral de 1 a 5 milhões de ciclos 
dependendo da tecnologia).
São mais suscetíveis a defeitos mecânicos pois possuem partes 
móveis, no entanto não possuem limites de escrita, pois o 
funcionamento de gravação baseia-se em propriedades magnéticas.
5.4 RAID
RAID (Redundant Array of Independent Disks ou Conjunto Redundante de Discos Independentes) é
uma tecnologia u
lizada principalmente em servidores que consiste em um conjunto de dois ou mais
discos rígidos. Ela possui dois obje
vos básicos: tornar o sistema de disco mais rápido, com o uso de
Divisão de dados (RAID 0); ou tornar o sistema de disco mais seguro, usando a técnica de
Espelhamento (RAID 1). As duas técnicas podem ser usadas isoladamente ou em conjunto.
Figura 20 Representação de RAID 0 (mais rápido) e 1 (mais seguro)
A tecnologia RAID não é uma invenção nova. Ela foi criada por David PaWerson, Garth Gibson e Randy
Katz, em 1988, quando eles eram pesquisadores da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos.
Mesmo com o surgimento de novas tecnologias de armazenamento de dados, ela con
nua sendo
muito u
lizada, e devido ao seu foco em segurança e velocidade, dificilmente isso mudará nos
próximos anos.
Níveis de RAID
No RAID 0, um disco é u
lizado em paralelo com o já existente, dividindo o conteúdo entre os dois
HDs (chamado striping ou segmentação de dados). Já com o RAID 1, um segundo disco é usado
paralelamente ao primeiro, e funciona como cópia idên
ca (chamado mirrors ou espelhamento).
Toda vez que há uma escrita, os dados são modificados nos dois discos ao mesmo tempo. Nos dois
casos, os discos são tratados pelo sistema operacional do computador como um único disco. O
RAID 0 é muito u
lizado em aplicações que lidam com grandes volumes de dados e que não podem
apresentar len
dão, como tratamento de imagens e edição de vídeos. O RAID 1 é claramente focado
na proteção dos dados, ou seja, não torna o acesso mais rápido. Na verdade, pode até ocorrer uma
ligeira perda de desempenho, pois o processo de gravação acaba sendo feito duas vezes, uma em
cada unidade. Na prá
ca, o RAID 1 é usado mais como uma prevenção para proteger o sistema de
falhas “*sicas” das unidades.
Além do RAID 0 e 1, existem outros níveis que podem ser uma combinação dessas duas técnicas com
alguns recursos a mais (RAID 2) ou a combinação desses dois níveis em conjunto com cálculos de
paridade para determinar se algum bit está incorreto (RAID 3 e acima). Todos os RAID a par
r do
nível 3 u
lizam paridade. Esses outros níveis são u
lizados por algumas empresas para aumentar a
segurança dos dados ou o espaço dos discos.
No sistema de proteção, baseado em paridade a par
r do RAID 3, os dados são divididos em
pequenos blocos. Cada um deles recebe um bit adicional – o bit de paridade – que é colocado de
acordo com a seguinte regra: se a quan
dade de bits “1″ do bloco for par, seu bit de paridade é “0″;
se a quan
dade de bits “1″ for ímpar, o bit de paridade é “1″. Assim, se em uma tarefa de verificação
Organização e Arquitetura de Computadores 36
o sistema constatar que o bit de paridade de um bloco é “1″, mas existe uma quan
dade par de bits,
percebe-se que há um erro.
Mesclando RAID 1(mirroring) e RAID 0 (striping)
Este 
po de RAID é um híbrido do RAID 0 e RAID 1 que usa tanto o mirroring quanto o striping. Ele
combina os bene*cios de alta disponibilidade oferecidos pelo RAID 1 com os bene*cios de
desempenho relacionados ao striping do RAID 0. Existem duas combinações que podem ser
escolhidas ao u
lizar a técnica de striping e mirroring juntas a qual eu chamo de nível duplo de RAID.
Observe que é preciso no mínimo quatro discos para montar este 
po de configuração.
RAID 01 (ou RAID 0+1) – Striping e Mirroring
Em uma implementação RAID 0+1, os dados são espelhados através de grupos de discos
segmentados, isto é, os dados são primeiramente segmentados e para cada segmento criado é feito
um espelho, como demonstrado na figura 21. Na figura vemos que o discos 1 e 2 formam um RAID 0
sendo após espelhados pelo discos 3 e 4 também em RAID 0, formando assim RAID 1 sobre RAID 0.
Apesar de ser uma configuração que proporciona alta performance, se perdermosum disco em um
dos lados, pra
camente teremos uma configuração em RAID 0, porque em uma configuração RAID 0
se um disco falha todo o conjunto falhará. Neste caso, se o disco 1 falhar, então o disco 2 que está
intacto ficará inu
lizado, restando assim os discos 3 e 4 em RAID 0.
Figura 21 Representação de RAID 01 Figura 22 Representação de RAID 10
RAID 10 (ou RAID 1+0) – Mirroring e Striping
Em uma implementação RAID 1+0, os dados são segmentados através de grupos de discos
espelhados, isto é, os dados são primeiramente espelhados e para depois serem segmentados como
Organização e Arquitetura de Computadores 37
demonstrado na figura 22. Na figura vemos que o discos 1 e 2 formam um RAID 1 e os discos 3 e 4
também sendo após segmentados em RAID 0, formando assim RAID 0 sobre RAID 1. Esta
configuração que proporciona o mesmo nível de performance proporcionado pelo RAID 01.
5.5 Armazenamento terciário (Fitas magné�cas)
Fitas magné
cas: u
lização de fitas com material magné
co que é alterado por uma carga elétrica,
permi
ndo gravar e ler dados. Este 
po de armazenamento é u
lizado principalmente para backups
(cópias de segurança). O acesso aos dados é mais lento devido ao fato de que o acesso aos dados
deve ser feito de forma sequencial (acesso sequencial).
Figura 23 Exemplo de fitas magné�cas
Organização e Arquitetura de Computadores 38