Unidade V.1

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Unidade V.1

CEFET-RS
Curso de Eletrônica
5.1 - Armazenamento em Disco
Aspectos Físicos e Elétricos
Organização de Computadores
Profs. Roberta Nobre & Sandro Silva
[email protected] e [email protected]
CEFETRS - Eletrônica
Unidade 05.1.1
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Armazenamento de Dados
Meios Magnéticos: cada bit é definido pelo
campo magnético detectado em um cabeçote,
segundo a orientação do campo (polaridade);
Meios Óticos: cada bit é definido pelo reflexão
da luz, detectado em um sensor ótico
(existência do feixe refletido);
Meios Óticos/Magnéticos: gravação
magnética/ótica e leitura ótica;
Unidade 05.1.2
Discos Magnéticos: cada disco, possui duas
camadas.
Primeira: chamada de substrato, normalmente
feita de alumínio (HD) ou um polímero (FD).
Serve de base para a camada magnética.
Segunda: material magnético colocado dos dois
lados do disco sobre o substrato.
Unidade 05.1.3
Posicionador
da Cabeça
Eixo de
rotação
Cabeça de
leitura e/ou
gravação
Meio físico
(disco)
Unidade 05.1.4
Meios Magnéticos
motor
Eixo
disco
Superfície
magnétizável
Cabeçote de leitura e gravação
(eletroímã de precisão)
Disco rígido: metal (alumínio) ou vidro
Disco flexível: polímero (plástico)
Unidade 05.1.5
Motores
Motor CC: responsável por manter a rotação do
disco constante. Fator, também responsável
pelo desempenho do HD, quanto maior a
rotação maior o desempenho do disco.
Rotações mais comuns:
5.600 rpm
7.200 rpm
10.000 rpm
Unidade 05.1.6
Motores
Acionador responsável pelo posicionamento da cabeça de leitura e
gravação sobre a superfície do disco.
Motor de passo:
Requer um passo para mudança de cilindro;
É lento para discos com muitos cilindros;
O diâmetro do disco e o comprimento do braço pode variam
com a temperatura;
Voice Coil:
Requer informações escritas no disco para permitir
posicionamento preciso.
Cunha (wedge): a informação é gravada uma vez a cada trilha;
Embutido (embedded): a informação é gravada antes de cada
setor. (utiliza número par de cabeças);
Dedicado (dedicated): a informação é gravada em uma das
superfícies do disco. (utiliza número ímpar de cabeças);
Unidade 05.1.7
Discos Magnéticos
Unidade 05.1.8
Diâmetro dos discos
Nos discos magnéticos determina o tamanho
físico do disco rígido.
3.5 Polegadas (mais comuns)
5.25 Polegadas (mais antigos – Big Foot)
2.5 Polegadas (notebooks)
Unidade 05.1.9
Cabeça Magnética
• Quando os discos giram, em alta rotação, formam um colchão de
ar, repelindo a cabeça de leitura/gravação, a qual fica a alguns
mícrons (µm) de distância do disco.
• Quando o HD está desligado, as cabeças de leitura/gravação
ficam numa posição de descanso (Parking Zone), longe da área de
dados do disco magnético. Elas só saem dessa posição quando os
discos já estiverem girando à velocidade máxima.
Unidade 05.1.10
Discos Magnéticos
Trilhas: círculos concêntricos
Limites:
PATA: 65536
BIOS: 1024
Unidade 05.1.11
Discos Magnéticos
Setores: porções de cada trilha
Limites:
PATA: 255
BIOS: 63
Um setor: 512 bytes
Unidade 05.1.12
Discos Magnéticos
HD com 2 discos internos (exemplo):
•
Possui 4 faces e uma cabeça para cada face, as
faces são totalmente isoladas.
•
Apesar de termos mais de uma cabeça, elas não se
movimentam independentemente, estão todas presas
a mesma peça. Por isso quando uma cabeça estiver
na trilha 5 de uma face, por exemplo, todas as outras
cabeças também estarão na trilha 5 das outras faces.
Constituindo assim o conceito de cilindro.
Unidade 05.1.13
Discos Magnéticos
A quantidade de discos define
a quantidade de cabeças;
Limites:
PATA: 16
BIOS: 255
cilindros
discos
Unidade 05.1.14
Capacidade dos Discos Magnéticos
Cálculo da capacidade de um disco:
Tamanho = trilhas*setores_por_trilha*cabeças*tamanho_do_setor
Tamanho do setor = normalmente 512 bytes
Número de cilindros
40
80
80
80
623
3148
Número de setores/trilha
9
15
18
36
64
16
Número de cabeças
2
2
2
2
63
63
Capacidade
360KB
1,2MB
1,44MB
2,88MB
1,2GB
1,51GB
Unidade 05.1.15
40
80
80
80
623
3148
9
15
18
36
64
16
Número de cabeças
2
2
2
2
63
63
Capacidade
360KB
1,2MB
1,44MB
2,88MB
1,2GB
1,51GB
Disquetes
Unidade 05.1.16
Disco
Rígido
Discos Magnéticos
Zoned Bit Recording (ZBR) ou
Multiple Zone Recording (MZR)
Nos discos antigos o mesmo número de setores para todas as
trilhas independente do diâmetro, agora quanto maior a trilha,
maior a quantidade de setores (ZBR).
Unidade 05.1.17
Discos Magnéticos
BIOS
PATA
DOS
Número máximo de cilindros
1024
65536
1024
Número máximo de setores/trilha
63
255
64
Número máximo de cabeças
255
16
64
Limite máximo
Unidade 05.1.18
Limitação de 504Mbyte
BIOS
PATA
DOS
1024
65536
1024
63
255
64
255
16
64
Capacidade:
504MB
Limite máximo
Unidade 05.1.19
ocorre devido:
• limitação no endereçamento de cilindros (10 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento de setores na trilha (6 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento de cabeças (4 bits) no padrão ATA;
Controladora
IDE
BIOS
S.O.
disco
65536
1024
255
63
16
255
Unidade 05.1.20
ocorre devido:
• limitação no endereçamento do cilindros (10 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento do setores na trilha (6 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento da cabeça (4 bits) no padrão ATA;
Driver
do
fabricante
Controladora
IDE
BIOS
S.O.
disco
65536
X1
255
Y1
16
Z1
conversão
Unidade 05.1.21
X
1024
Y
63
Z
255
ocorre devido:
• limitação no endereçamento do cilindros (10 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento do setores na trilha (6 bits) no BIOS;
• limitação no endereçamento da cabeça (4 bits) no padrão ATA;
Solução:
1- Software fornecido pelo fabricante que deve ser executado quando
da instalação do HD. O software é executado toda vez que o computador
é inicializado e realiza o gerenciamento entre endereçamento lógico
(realizado pela BIOS) e endereçamento real (que ocorre no HD);
2- Disk Manager: software genérico que realiza o gerenciamento entre
endereçamento lógico e endereçamento real;
3- Atualização da BIOS: criação do modo LBA, onde o BIOS realiza o
gerenciamento do disco por blocos lógicos, eliminando as limitações por
quantidade de bits no endereçamento.
Unidade 05.1.22
Limitação de 8Gbyte
BIOS
PATA
DOS
1024
65536
1024
63
255
64
255
16
64
Limite máximo
8GB
Unidade 05.1.23
Capacidade:
8GB
ocorre devido:
• ter sido alcançado os limites máximos de todas as características do
BIOS (cilindros, setores por trilha e cabeças).
1024*63*255*512 = 8.422.686.720 bytes
= 8.225.280 KB
= 8.032,5 MB
= 7,8 GB
Solução:
1 - Particionar o HD em unidades lógicas de até 7,8GB;
2 - Atualização da BIOS: aumentar a quantidade de bits em cada
variável cilindro, setores por trilha e cabeças.
Unidade 05.1.24
BIOS
PATA
DOS
1024
65536
1024
63
255
64
255
16
64
Limite máximo
127,5GB
Unidade 05.1.25
Capacidade:
127GB
ocorre devido:
• ter sido alcançado os limites máximos de todas as características do
padrão ATA (cilindros, setores por trilha e cabeças).
65536*255*16*512 = 136.902.082.560 bytes
= 133.693.440 KB
= 130.560 MB
= 127,5 GB
Solução:
1 – Upgrade do padrão: ATA-6 incrementa a quantidade de bits do
endereçamento no modo LBA para 48 bits
2 – Troca do padrão: criação do padrão SATA.
Unidade 05.1.26
40
80
80
80
623
3148
9
15
18
36
64
16
Número de cabeças
2
2
2
2
63
63
Capacidade
360KB
1,2MB
1,44MB
2,88MB
1,2GB
1,51GB
Padrão do BIOS
1024 cilindros?
Unidade 05.1.27
Padrão PATA
16 cabeças?
Controladora
do
disco
BIOS
S.O.
disco
Unidade 05.1.28
Controladora do disco
Funções da controladora dos disco:
• Movimentação das cabeças
• Velocidade de rotação do disco
• Leitura e gravação de dados
• Envio e recebimento de dados através
da porta IDE.
Unidade 05.1.29
Armazenamento Magnético
Domínios
Magnéticos
S S
N S
N N
S S
N S
N N
S N
S S
Forma de
onda de
escrita
Forma de
onda de
leitura
Unidade 05.1.30
Armazenamento Magnético
Tipos de codificação:
FM (Frequency Modulation):
• utilizada até o fim da década de 70;
• representação: transição de relógio + transição de dado;
Æ bit 1: duas transições (TT);
Æ bit 0: transição + não transição (TN);
MFM (Modified Frequency Modulation):
• dobra a capacidade de armazenamento;
• representação:
transição (NT);
transição de relógio + transição de dado;
Æ bit 1: não transição +
Æ bit 0 precedido de 0: TN;
Æ bit 0 precedido de 1: NN;
RLL (Run Length Limited):
• utilizado atualmente;
• capacidade 50% maior que MFM (3x FM);
Unidade 05.1.31
Controladoras de disco rígido
ST-506 e ST-412 Î Seagate (1º HD para PC Î ST506 de 5MB)
acionadora + placa controladora
desempenho: 625KB/s (MFM), 984KB/s (RLL), 1200KB/s (ARLL)
ESDI – baseadas na ST-412 com parte lógica na acionadora
capacidade máx: 1GB
desempenho: 3MB/s
codificação: RLL e ARLL
SCSI
controladora integrada no acionador de disco
desempenho: 4MB/s (SCSI-1), 20MB/s (SCSI-2), 160MB/s (SCSI-3)
permitem operação simultânea de vários dispositivos
Unidade 05.1.32
Controladoras de disco rígido
IDE – Integrated Drive Electronics
controladora integrada no acionador de disco
gerenciamento da geometria independente da BIOS
especificação ATA (AT attachment)
define forma de comunicação com o processador
desempenho: 4MB/s (ATA), 16MB/s (ATA-2), 22MB/s (ATA-3),
33MB/s(ATA-4), 66MB/s(ATA-5), 100MB/s(ATA-6), 133MB/s(ATA-7)
IDE – SATA Æ Serial ATA
cabo de comunicação com 4 vias blindadas
hot-swap ou hot-plug
desempenho: 150MB/s(SATA-I), 300MB/s(SATA-II),
600MB/s(SATA-III)
Unidade 05.1.33

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