Armazenamento de dados

Esta é uma das funções importantes de um computador. Além de acessar e processar dados, o computador precisa também armazená-los. Existem portanto diferentes métodos de armazenamento, cada um com suas próprias características. Neste capítulo apresentaremos os principais dispositivos de armazenamento de dados:

• Disco rígido

• Drive de CD-ROM

• Gravadores de CD

• ZIP Drive

• Drive de disquetes

Disco rígido

Todo usuário quer um PC com um processador rápido, uma boa quantidade de memória RAM, e um disco rígido de generosa capacidade. O que chamamos de generosa capacidade varia bastante ao longo do tempo. Em 1995, 1 GB era uma capacidade bastante generosa. Para os padrões do início de 2001, a capacidade mínima de um HD considerado modesto é 10 GB, e capacidades generosas são 20, 30 ou 40 GB. Já existem discos de 80 GB, dentro de pouco tempo essas altas capacidades, antes consideradas absurdas, passarão a ser comuns.

Além da elevada capacidade, também é necessário que o disco rígido apresente um bom desempenho. Quanto maior é o desempenho, menor será o tempo gasto nas operações de acesso a disco.

IDE x SCSI

A maioria dos discos rígidos usados nos computadores de uso pessoal são do padrão IDE (Integrated Drive Electronics). Existe um outro tipo de disco, usado em servidores e em computadores que precisam ter altíssimo desempenho. São os discos SCSI (Small Computer System Interface). O padrão IDE também é conhecido como ATA (AT Attachment). Na maior parte deste capítulo trataremos sobre discos IDE, e no final apresentaremos os discos rígidos SCSI.

Disco rígido IDE e seus acessórios

A figura 1 mostra um disco rígido IDE. Alguns acessórios podem acompanhá-lo: parafusos de fixação, um manual e um disquete de instalação. O disquete de instalação é necessário apenas quando o disco vai ser instalado em um computador com BIOS antigo, que não é capaz de reconhecer a sua capacidade máxima. Os parafusos de fixação também não são necessários, já que o gabinete do computador vem acompanhado de parafusos em número suficiente. São úteis entretanto quando o disco rígido vai ser instalado em um computador cujos parafusos o usuário já não possui mais. O manual traz algumas informações importantes, como a configuração de jumpers e os parâmetros para serem programados no CMOS Setup. Em geral essas informações estão indicadas na carcaça externa do disco rígido, e o manual pode assim ser dispensado. Mesmo quando o manual não é fornecido, é possível obter as informações mais importantes no site do fabricante do disco rígido.

O software que acompanha o disco rígido normalmente é desnecessário. Nos PCs antigos, os BIOS só eram capazes de reconhecer discos rígidos com no máximo 504 MB. Nos PCs modernos (o que inclui todos os de classe Pentium), os BIOS pos­suem uma função chamada LBA (Logical Block Addressing). Com esta função, o limite de 504 MB é vencido. Existem alguns BIOS de PCs produzidos entre 1996 e 1997 que reconhecem no máximo discos com 2 GB. Outros chegam ao máximode 4 GB. Todos os PCs produzidos antes de 1998 tinham em 8 GB o limite máximo. Se você precisa instalar um disco rígido moderno em um computador antigo, precisará do software que acompanha o disco rígido, conhecido como driver LBA. Os principais softwares deste tipo são o Disk Manager e o EZ Drive. Se este software é necessário e não acompanha o seu disco rígido, existem duas soluções para o problema: atualizar o BIOS da placa de CPU (através do site do fabricante da placa), ou obter o driver LBA no site do fabricante do disco rígido.

Conectores de um disco IDE

A figura 2 mostra os conectores existentes na parte traseira de um disco IDE. Um conector permite a ligação na fonte de alimentação, e outro é usado para a conexão com o cabo flat IDE. Normalmente encontramos ainda um grupo de jumpers que fazem o selecionamento do disco. Com eles podemos programar o disco para operar como Master ou Slave (o que é mais ou menos o mesmo que definir se o disco irá operar como C ou D).

Interfaces IDE

Os discos rígidos devem ser ligados nas interfaces IDE existentes na placa de CPU, através do cabo flat IDE. Cada interface IDE permite a conexão de até dois disposi­tivos IDE. Podemos combinar dispositivos IDE de diversas formas. Por exemplo, podemos ligar na interface IDE primária, dois discos rígidos IDE, e na interface IDE secundária, ligar um drive de CD-ROM IDE e um ZIP drive IDE.

A figura 3 mostra dois conectores, relativos às duas interfaces IDE. São chamadas de Primary IDE e Secondary IDE. Ao instalarmos um disco rígido, devemos fazê-lo preferencialmente na interface IDE primária, configurado como Master (ou seja, o primeiro dispositivo). Quando vamos instalar um segundo disco rígido, podemos configurá-lo como Slave na interface IDE primária (ou seja, o segundo dispositivo), ou então como Master da interface IDE secundária.

O interior de um disco rígido

A figura 4 mostra o interior de um disco rígido. Obviamente, o disco desta foto já não funciona mais. Não podemos abrir o disco rígido para ver o seu interior. Isto só pode ser feito em laboratórios que possuem os equi­pamentos necessários à produção ou manutenção de discos rígidos.

A seguir, apresentaremos alguns componentes existentes no disco rígido, bem como alguns termos relacionados.

Discos

O disco é o meio magnético onde são gravados os dados. Normalmente são feitos de alumínio coberto por um material magnético. Em geral, dentro de um disco rígido encontramos vários discos magnéticos. Alguns modelos possuem no seu interior apenas um disco, mas podemos encontrar alguns modelos de alta capacidade que possuem até 8 discos em seu interior.

Braço

O braço é um dispositivo mecânico que serve para movimentar as cabeças de leitura e gravação ao longo da superfície do disco. Possui várias ramifi­cações para que cada uma das cabeças possa ter acesso à superfície magnética.

Cabeças

Dentro de um disco rígido, encontramos vários discos, sendo que cada um deles possui duas faces (cada face é uma superfície magnética). Para cada face, existe uma cabeça correspondente. Um braço mecânico movimenta as cabeças para que cada uma acesse qualquer ponto da sua superfície magnética.

Superfície

Cada face de um disco é uma superfície magnética, usada para gravação e leitura de dados.

Trilhas

Cada superfície é dividida magneticamente em trilhas e setores. As trilhas são círculos concêntricos, igualmente espaçados. A cabeça correspondente deve antes ser posicionada sobre a trilha desejada para que seus dados possam ser lidos ou gravados. Os discos rígidos modernos possuem, em cada superfície, milhares de trilhas, em geral entre 1000 e 5000.

Setores

Assim como cada face de um disco é magneticamente dividida em trilhas, cada trilha é magneticamente dividida em setores. A figura 6 mostra de forma simplificada, a superfície de um disco dividida em tri­lhas e setores. Esta representação é realmente simplificada, já que os discos atuais possuem milhares de trilhas. Os primeiros dis­cos rígidos fabricados possuíam 17 setores em cada trilha. Discos rígidos modernos possuem entre 50 e 200 setores por trilha.

Nos discos antigos, cada uma das trilhas possuía o mesmo número de setores, como mostra a figura 6. Nos discos modernos, graças à presença de um microprocessador interno, é possível dividir um disco em várias zonas, e gravar nas zonas mais externas um número maior de setores. Este método, chamado ZBR (Zone Bit Recording), permite aproveitar muito melhor a superfície magné­tica, chegando a gravar até 50% mais dados que usando o método tradici­onal, no qual todas as trilhas possuíam o mesmo número de setores.

Cilindros

Este é um conceito muito importante na terminologia de discos rígidos. Um cilindro é um grupo de trilhas de mesmo número, em superfícies diferentes. Digamos por exemplo que um disco tenha 4 cabeças (numeradas de 0 a 3), e que o braço está posicionando essas cabeças de modo que cada uma esteja sobre a trilha 50 da sua superfície. Dizemos então que as cabeças estão posicionadas sobre o cilindro número 50. Explicando de uma forma ainda mais simples, considere que chamamos a trilha X da cabeça Y de “Trilha X/Y”. Então:

Cilindro 0 = Trilha 0/0 + Trilha 0/1 + Trilha 0/2 + Trilha 0/3
Cilindro 1 = Trilha 1/0 + Trilha 1/1 + Trilha 1/2 + Trilha 1/3
Cilindro 2 = Trilha 2/0 + Trilha 2/1 + Trilha 2/2 + Trilha 2/3

etc...

Obviamente estamos supondo um disco rígido com 4 cabeças. A figura 7 mostra, de forma simplificada, o conceito de cilindro.

Geometria lógica e física

Os discos rígidos modernos têm uma organização bastante parecida com a dos discos mais antigos, com menor capacidade. A tabela a seguir mostra algumas características de discos rígidos antigos e modernos:

Os discos modernos têm capacidade bem elevada. Em 1980 eram comuns modelos de 5 ou 10 MB, em 1990 eram comuns modelos de 30 e 40 MB, e em 2000, os modelos de 10 a 20 GB eram os mais comuns. Uma grande diferença é o número de setores, que era constante em todas as trilhas dos modelos antigos (em geral 17, 25 ou 34 setores por trilha), enquanto nos discos modernos o número de setores por trilha é bem maior, chegando à casa das centenas nas trilhas mais externas. O número de trilhas em cada superfície também é maior, graças a técnicas que permitiram aumentar a densidade de gravação. Duas características entretanto são comuns nos discos antigos e nos modernos. O número de pratos permanece pequeno, assim como o número de cabeças. A maioria dos discos têm 2, 4, 6 ou 8 cabeças. Também por uma questão de compatibilidade, cada setor do disco permanece com 512 bytes nos discos modernos, assim como ocorria nos discos antigos.

Quando o BIOS ou o sistema operacional precisa acessar os dados de um setor do disco, ele precisa informar o número da cabeça, o número do cilindro e o número do setor. Este endereçamento seria extremamente complexo se o BIOS e o sistema operacional tivessem que levar em conta que cada grupo de trilhas possui um número diferente de setores. Para simplificar as coisas, o disco rígido aceita ser endereçado como se todas as suas trilhas tivessem o mesmo número de setores. Ao receber o número da cabeça, cilindro e setor a ser acessado (endereço lógico), faz os cálculos que convertem esses valores para o número verdadeiro do setor interno (endereço físico).

Cálculo da capacidade

Quando programamos no CMOS Setup, o número de cabeças, cilindros e setores de um disco rígido, esses parâmetros são chamados de geometria lógica do disco rígido, e não correspondem ao que realmente existe no seu interior. Digamos que um certo disco rígido tenha no CMOS Setup, os seguintes parâmetros:

2180 cilindros
255 cabeças
63 setores

Note que este disco não tem realmente 255 cabeças. Se isto fosse realidade, este disco teria mais de 1 metro de altura! Da mesma forma, o número de setores não é tão pequeno como 63, já que os discos modernos têm trilhas com muito mais setores. Mesmo sendo parâmetros fictícios, o disco rígido aceita ser endereçado através deles, e converte o endereço lógico externo para o endereço físico interno para realizar os acessos. A capacidade de qualquer disco rígido é obtida multiplicando o número de cilindros pelo número de cabeças pelo número de setores por 512, já que são 512 bytes por setor. Portanto a capacidade é dada por:

Cilindros x cabeças x setores x 512

O disco do nosso exemplo teria:

2180 x 255 x 63 = 17.931.110.400 bytes, ou seja, quase 18 GB.

Portanto é importante entender a organização interna dos discos rígidos antigos, já que os modernos são encarados externamente desta mesma forma, apenas apresentando um número elevado de “cabeças lógicas”.

ATA-33, ATA-66 e ATA-100

Um dos diversos fatores que definem o desempenho de um disco rígido é a sua taxa de transferência externa. Até pouco tempo, a maior taxa de transferência ob­servada nos discos IDE era de 16,6 MB/s no chamado PIO Mode 4. Em 1997 surgiram os discos capazes de operar no modo Ultra DMA 33 (ou ATA-33), que opera com 33 MB/s. Surgiram a seguir os padrões ATA-66 e ATA-100, capazes de operar com taxas de 66 MB/s e 100 MB/s, respectivamente. Certas restrições devem ser observadas para que esses modos possam ser usados:

a) A interface IDE deve ser compatível
b) O disco rígido deve ser compatível
c) O cabo flat IDE deve ser adequado

Dependendo da placa de CPU, o máximo modo suportado pode ser o ATA-33, o ATA-66 ou o ATA-100. Isto depende basicamente do chipset utilizado na placa de CPU. O disco rígido também deve ser compatível. Existem discos rígidos compatíveis com o padrão ATA-33, outros mais novos compatíveis como ATA-66 e outros ainda mais novos, compatíveis com o ATA-100. A questão do cabo também é importante. Placas de CPU são sempre acompanhadas dos cabos IDE apropriados. Para usar o modo ATA-33 é permitido usar o cabo flat de 40 vias, mas ele precisa ter no máximo 45 centímetros de comprimento, caso contrário ocorrerão erros de leitura e gravação. Para os modos ATA-66 e ATA-100 é preciso usar o cabo flat IDE de 80 vias.

As tabelas que se seguem resumem as condições mínimas para que seja possível o funcionamento nos modos ATA-33, ATA-66 e ATA-100. Quando as condições não são satisfeitas por um determinado modo, as transferências ocorrerão no modo imediatamente inferior, desde que satisfaça às três condições.

Requisitos mínimos para operar em ATA-33

Requisitos mínimos para operar em ATA-66

Requisitos mínimos para operar em ATA-100

Requisitos mínimos para operar em ATA-133

Suponha por exemplo que vamos fazer a seguinte instalação:

Interface IDE ATA-66
Disco rígido ATA-33
Cabo flat de 80 vias

A interface IDE é ATA-66 e está sendo usado o cabo apropriado para este modo, entretanto o disco rígido do exemplo suporta no máximo o ATA-33, portanto este será o modo utilizado, e não o ATA-66.

Além de serem satisfeitas essas condições do ponto de vista do hardware, é também preciso configurar o Windows para ativar os modos Ultra DMA. Se isto não for feito, o acesso ao disco ficará limitado ao PIO Mode 4, com apenas 16,6 MB/s.

Tempo de acesso

O tempo de acesso está relacionado com a velocidade de movimentação do braço que contem as cabeças de leitura e gravação. Podemos entender facilmente que quanto mais veloz for o movimento deste braço, mais rapi­damente o disco poderá acessar qualquer dado nele armazenado.

Digamos que em um determinado instante o braço esteja posicionado so­bre o cilindro número 200, e o disco recebe um comando para que seja acessado o cilindro 210. Devido à proximidade, este movimento será rela­tivamente rápido. Entretanto, digamos que seja recebido um comando para acessar o cilindro número 800. Como este cilindro está mais longe, o mo­vimento realizado pelo braço será mais demorado.

A todo instante, o disco pode receber comandos para mover seu braço a qualquer cilindro para realizar leituras ou gravações de dados. O mo­vimento pode ser mais ou menos demorado, dependendo do número do cilindro atual e do número do cilindro solicitado. Convenciona-se tomar como parâmetro estatístico, o tempo necessário para mover o braço desde o primeiro cilindro até o último. Este tempo é chamado de full stroke. Chamamos de tempo médio de acesso, ou simplesmente tempo de acesso, um valor igual à metade de full stroke. É aproximadamente igual ao tempo necessário para mover o braço desde o primeiro cilindro até o cilindro central.

tempo de acesso = (full stroke) / 2

Praticamente todos os discos rígidos modernos apresentam tempos de acesso entre 8 e 15 ms, sendo que a maioria deles situa-se entre 8 e 12 ms. Alguns campeões de velocidade situam-se abaixo de 8 ms, enquanto alguns modelos mais econômicos (e lentos) possuem tempos de acesso um pouco maiores, entre 10 e 15 ms.

Quanto menor for o tempo de acesso, melhor será o desempenho do disco. Em situações nas quais são feitos poucos acessos seqüenciais a arquivos muito grandes (o caso típico das aplicações de multimídia), o tempo de acesso é um fator de importân­cia secundária. Tanto é assim que os drives de CD-ROM apresentam tem­pos de acesso em torno de 100 ms, sem prejudicar o seu desempenho. Por outro lado, nas aplicações em que são feitos acessos a uma grande quantidade de arquivos de tamanho pequeno (caso típico do ambiente Windows), o tempo de acesso é um fator decisivo no desempenho do disco.

Existe um outro tipo de tempo de acesso que também tem importância, apesar de secundária. Trata-se do tempo de acesso entre trilhas. Mede o tempo necessário para mover o braço de uma trilha (ou cilindro), até a tri­lha seguinte. Este parâmetro é importante quando está sendo realizada a lei­tura ou gravação de arquivos longos, que podem ocupar vários cilindros consecutivos.

Em geral, o tempo de acesso entre trilhas varia entre 1/3 e 1/5 do tempo médio de acesso. Podemos então encontrar discos com tem­pos de acesso entre trilhas variando de pouco mais de 1 ms, até valores mais elevados como 5 ms. Este tempo exerce uma influência bem pe­quena sobre o desempenho. Considere por exemplo um disco que gira a 5400 RPM, com 4 cabe­ças, e um tempo de acesso entre trilhas igual a 4 ms. Para ler as 4 trilhas que formam um cilindro, o disco precisa descrever 4 rotações, o que con­some um tempo total de 44 ms. Depois disso, é preciso gastar mais 4 ms para mover o braço até o cilindro seguinte para continuar acessando o ar­quivo. Portanto, esta movimentação aumentou o tempo total para ler um cilindro inteiro, de 44 para 48 ms, uma diferença muito pequena.

Vários programas fazem a medida do tempo médio de acesso, e ainda do tempo de acesso entre trilhas. Podemos citar o PC Check (figura 10), cuja versão demo pode ser obtida gratuitamente através da Internet (www.eurosoft-uk.com). 

 
Figura 7.10 - Medida do desempenho de um disco rígido com o PC Check.

Os resultados mostrados na figura 10 foram obtidos em um disco rígido Quantum Fireball LCT15:

Linear Seek: Tempo de acesso entre trilhas, com 1.33 ms
Full Stroke Seek: 8.03 ms
Random Seek: Tempo médio de acesso, com 5.44 ms

Quando o computador destina-se a ser usado em aplicações profissionais que exigem alto desempenho, é preciso procurar um disco rígido que também seja de alto desempenho. Para isto é preciso que o disco tenha um baixo tempo de acesso. O tempo de acesso entre trilhas é de importância secundária, e não deve ser usado como fator decisivo. Como dificilmente podemos medir o desempenho do disco antes de comprá-lo, devemos procurar outros meios de obter esta informação. Podemos, por exemplo, acessar o fabricante via Internet e consultar as especificações técnicas dos modelos oferecidos.

Taxa de transferência interna

Ao lado do tempo médio de acesso, a taxa de transferência interna é o mais importante fator que define o desempenho de um disco rígido. En­quanto o tempo médio de acesso é decisivo na leitura de arquivos peque­nos em grande quantidade, a taxa de transferência interna é o principal fa­tor envolvido na velocidade de leitura e gravação de arquivos grandes.

Os discos rígidos IDE (e também os modelos SCSI) possuem uma área interna de memória, para onde são lidos os dados que serão posteriormente transferi­dos para a placa de CPU. Esta área é chamada de cache ou buffer. Quando um disco rígido IDE transfere dados, estão envolvidos dois tipos de transferência:

1. Transferência da mídia magnética para a cache interna
2. Transferência da cache interna para a placa de CPU

A figura 11 mostra como a operação completa é realizada. A taxa de transferência interna representa a velocidade na qual a primeira transferência é feita. A velocidade na qual a segunda transferência se faz, é chamada de taxa de transferência externa. Em geral, a taxa externa é muito maior que a interna. Para que o disco rígido possa fazer uma transfe­rência completa (mídia - cache - CPU) de forma mais veloz, tanto a trans­ferência interna como a externa precisam ser rápidas. Quanto à taxa ex­terna não há problema. Os modernos discos IDE são capazes de transferir dados para a placa de CPU em velocidades bem elevadas, como 66 MB/s (ATA-66) e 100 MB/s (ATA-100). A grande difi­culdade tecnológica é obter uma taxa de transferência interna elevada.

Calculando a taxa de transferência efetiva

Suponha que um determinado disco apresente as seguintes taxas de trans­ferência:

Interna:            30 MB/s
Externa:           100 MB/s

Calculando de forma bem simples, suponha a leitura de 1 MB. Como a taxa de transferência interna é de 40 MB/s, o tempo necessário para ler es­ses 1 MB para a memória interna é:

1 MB / 30 MB/s = 0,033 s

Para transferir esses dados da memória interna para a placa de CPU, será preciso um tempo de:

1 MB / 100 MB/s = 0,010 s

Portanto, o tempo total para realizar esta transferência de 1 MB é de:

0,033 s + 0,010 s = 0,043 s

Dividindo a quantidade de dados transferidos (1 MB) pelo tempo total (0,31 s), teremos uma taxa de transferência efetiva de:

1 MB / 0,043 s = 23,2 MB/s

Ficamos então com os seguintes resultados:

Taxa de transferência interna:   30 MB/s
Taxa de transferência externa:  100 MB/s
Taxa de transferência efetiva:   23,2 MB/s

Estamos chamando de taxa de transferência efetiva, a combinação da taxa interna com a externa. Observe que seu valor está muito mais próximo da taxa interna. Vamos considerar mais dois discos, e apresentar suas taxas de transferência interna e externa, e calcular a taxa efetiva. Coloquemos os três discos em uma tabela:

Nesta tabela, a taxa de transferência efetiva foi calculada como no primeiro exemplo. Comparando o disco 1 com o disco 2, observamos que um valor menor na taxa de transferência externa (66 MB/s ao invés de 100 MB/s) não causa uma degradação significativa da taxa de transferência efetiva (20,6 MB/s ao invés de 23,2 MB/s). Comparando o disco 1 com o disco 3, vemos que a diminuição da taxa de transferência interna (20 MB/s ao invés de 30 MB/s) causa uma diminuição considerável na taxa efetiva (16,6 MB/s, ao invés de 23,2 MB/s). Isto ocorre devido ao fato da taxa externa ser relativamente alta, ficando portanto a cargo da taxa interna o resultado final. Os resultados podem ser apreciados quando comparamos os discos 2 e 3 com o disco 1, em termos de porcentagem das taxas de transferência:

Comparando o disco 2 com o disco 1, vemos que ambos têm a mesma taxa de transferência interna, e a taxa externa do disco 2 é 33% menor, e como resultado, a taxa de transferência efetiva ficou 11,2% menor. Agora comparando o disco 3 com o disco 1, vemos que ambos têm a mesma taxa externa, mas a taxa interna do disco 3 é 33% menor, e como resultado, sua taxa de transferência efetiva é 28,5% menor. De um modo geral, a taxa de transferência interna é a que determina o desempenho global, sendo muito mais importante que a externa. Existem discos ATA-66 e ATA-100 de baixo custo, com taxas internas bastante modestas. O fato de serem ATA-66 ou ATA-100 não garante que esses discos terão um bom desempenho. Muito mais importante é checar a taxa de transferência interna.

Esta discussão sobre taxas de transferência interna e externa também se aplicam a modelos SCSI. Esses discos também têm uma memória interna, uma taxa de transferência interna e uma externa. A diferença principal é que a transferência externa não segue padrões como ATA-33, ATA-66 e ATA-100, e sim, padrões próprios da interface SCSI. Existem modos que operam com 20, 40, 80, 160 e até 320 MB/s.

Calculando a taxa de transferência interna

Os cálculos apresentados aqui foram aproximados, mas serviram para mostrar como a taxa de transferência interna é importante. Para que um disco possua uma elevada taxa de transferência interna, ele precisa:

1. Possuir um grande número de setores por trilha        
2. Possuir uma alta velocidade de rotação

Mesmo de forma intuitiva, podemos entender que, quanto maior é o nú­mero de setores em uma trilha, mais dados poderão ser lidos (ou gravados) em cada rotação do disco. Da mesma forma, quanto mais elevada for a veloci­dade de rotação, mais rápido os dados passarão pelas cabeças. Su­ponha que um determinado disco gira a 5400 RPM, e em cada trilha ex­terna exis­tam 400 setores. Para calcular a taxa de transferência interna, devemos dividir o número de bytes de uma trilha pelo tempo necessário para a sua leitura (1 rotação):

Número de bytes = 400 x 512 = 204.800

Tempo de uma rotação: 60s / 5400 RPM = 0,011 s

A taxa de transferência interna será então:

204.800 bytes / 0,011 s = 18,6 MB/s, aproximadamente

De um modo geral, a taxa de transferência interna pode ser calculada pela fórmula:

N x R x 512 / 60.000.000

Nesta fórmula, N é o número de setores por trilha, R é a velocidade de ro­tação (dada em RPM). O resultado será a taxa interna de transferência, dada em MB/s. Pela fórmula, fica claro que quanto maiores forem os valo­res de N (número de setores por trilha) e R (velocidade de rotação dos dis­cos), maior será a taxa de transferência interna.

Como já dissemos, os discos rígidos modernos possuem, nas suas trilhas externas, mais setores que nas trilhas internas. Por isso, a taxa de transferência será mais elevada durante a leitura de áreas no início do disco.

Se sou­béssemos o número de setores nas primeiras e nas últimas tri­lhas, juntamente com a velocidade de rotação, poderíamos calcular um va­lor médio para a taxa de transferência interna. Mesmo sem saber o número de setores, podemos encontrar a taxa de transferência interna máxima, nas entrelinhas do manual do disco rígido. Veja por exemplo as informações extraídas do manual dos discos Quantum Fireball LCT20. Trata-se de uma família de discos de 10, 20, 30 e 40 GB. Os discos são idênticos, a diferença está no número de superfícies magnéticas (1 a 4), com 10 GB em cada superfície. No manual desses discos, encontramos as informações mostradas na figura 12.

Neste manual vemos a informação:

Internal Data Rate (Mb/sec): Up to 248

Esta é a taxa de transferência interna máxima, que nesses discos vale 248 Mbits/s. Observe que em geral os fabricantes apresentam esta taxa em Mbits/s, e não em MB/s. Para converter de Mbits/s para MB/s, basta dividir por 8. Portanto, a taxa é de 31 MB/s. Como vemos, o fabricante não informa o número de setores por trilha, dado necessário para calcular a taxa de transferência interna, em compensação informa diretamente o valor desta taxa de transferência.

Note que esta taxa que o fabricante informa não é a que se verifica na prática. Este valor não leva em conta, por exemplo, as áreas que separam os setores consecutivos, chamadas de “gaps”. Os gaps ocupam cerca de 10% de cada trilha, por­tanto, apenas 90% dos bits que passam pelas cabeças a cada segundo representam realmente dados. Isto já reduz a taxa de transferência interna para cerca de 28 MB/s (que ainda é um valor bem alto).

Não há nada que o usuário possa fazer para aumentar a taxa de transfe­rência interna de um disco, nem para reduzir o seu tempo de acesso. Entretanto, é útil conhecer essas informações antes da compra de um disco rígido.

Estacionamento das cabeças

O estacionamento das cabe­ças é uma operação realizada sempre que o disco rígido é desligado. Consiste em, antes do desliga­mento, mover as cabeças sobre um cilindro onde não serão gravados dados. Isto evita que, ao cessar a rota­ção do disco, as cabeças toquem na superfície magné­tica, o que poderia não só causar danos aos dados, mas também deixar o disco fisicamente danificado. Todos os discos rígidos atu­ais fazem estacionamento automático das cabeças, mas nos modelos muito antigos, esta operação precisava ser feita manualmente, através de programas apropriados (PARK.COM). Os fabricantes de discos rígidos recomendam que esses programas não sejam mais usados. O usuário deve deixar que o estacionamento das cabeças seja feito de forma automática, quando o disco é desligado.

Pré-compensação de gravação

Os discos rígidos antigos necessitavam que, a partir de um certo cilindro, este comando fosse ativado, com o objetivo de remanejar o posicionamento dos bits gravados nos cilindros mais internos, para evitar que esses bits interagissem magneticamente, alterando suas posições. Nos discos modernos a pré-compensação continua sendo usada, entretanto é ativada internamente pelo disco, e não mais pelo BIOS, como era feito há alguns anos atrás (aproximadamente até o início dos anos 90).

Logical Block Addressing

O LBA (Logical Block Addressing) foi introdu­zido para que fosse possível ultrapassar a barreira dos “504 MB”, um problema que existia nos BIOS dos PCs produzidos até 1995, aproximadamente. Quando um compu­tador possui um BIOS que não possui a função LBA, é necessário, para insta­lar discos IDE acima de 504 MB, utilizar um software que implementa esta função. Durante 1994, 1995 e até em 1996, praticamente todos os discos rígidos IDE eram fornecidos juntamente com um disquete com um software que implementa esta função. Para instalar um disco rígido acima de 504 MB, não use nenhum software adicional para ativar este recurso. Ao invés disso, habilite a função LBA no seu CMOS Setup. Em geral você encontrará no Setup, co­mandos individuais para ativar o LBA para cada disco rígido, de forma independente.

IDE Block Mode

Os modernos discos IDE podem realizar transferências em bloco. Ao invés de transferirem um setor de cada vez, transferem para a memória da placa de CPU, um grupo de setores. Alguns Setups permitem que seja escolhido o número de setores a serem trans­feridos neste modo: 4, 8, 16, 32 ou 64. Certos Setups operam com um valor fixo, por exemplo, 16 setores, sempre que o IDE Block Mode for ativado.

Declarando o disco rígido IDE no CMOS Setup

Sempre que um disco rígido IDE for instalado, deve ser declarado no CMOS Setup. As placas de CPU produzidas nos últimos anos possuem sempre duas interfaces IDE, sendo que cada uma delas pode controlar dois dispositivos IDE. Como essas duas interfaces são chamadas de Primária e Secundária, e como os dois dispositivos ligados a uma interface IDE são chamados de Mestre e Escravo (Master / Slave), os 4 dispositivos IDE são chamados de:

• Primary Master

• Primary Slave

• Secondary Master

• Secondary Slave

Em geral, o BIOS dá suporte apenas a discos rígidos. Outros dispositivos, como drives de CD-ROM e unidades de fita IDE necessitam de drivers apropriados, normalmente carregados durante o boot.

Os parâmetros relacionados com o disco rígido que utilizam declarações no CMOS Setup são os seguintes:

Todos esses parâmetros podem ser preenchidos manualmente pelo usuá­rio, ou então detectados automaticamente, através de um comando apro­priado. A maioria dos Setups possui este comando para detecção automá­tica. Da mesma forma, existem alguns Setups que possuem detecção au­tomática apenas para Cyln, Head, Sect e LBA, ficando os outros parâme­tros desativados. Caso seja desejado, o usuário poderá habilitá-los manu­almente. Existem Setups em que todos esses parâmetros estão juntos em um mesmo comando, normalmente no Standard CMOS Setup, ficando to­dos os outros comandos espalhados no Advanced CMOS Setup e no Advanced Chipset Setup.

O CMOS Setup diz respeito apenas aos discos IDE, e não a discos SCSI. Quando um PC tem um ou mais discos rígidos SCSI, o seu controle é feito pelo BIOS da placa controladora SCSI, e não pelo BIOS da placa de CPU. Quando um PC tem apenas discos SCSI, usamos no CMOS Setup a opção “Not Installed” para os discos rígidos. Não quer dizer que o PC não tem discos rígidos, quer dizer apenas que os discos não são IDE e não são controlados pelas interfaces IDE da placa de CPU.

Partição e formatação lógica

Para instalar um disco rígido é preciso primeiro configurar os seus jumpers. A seguir deve ser conectado na interface através do cabo flat apropriado, e ligado na fonte de alimentação. Usamos a seguir o CMOS Setup e programamos os parâmetros que definem a sua geometria e capacidade: número de cilindros, número de cabeças e número de setores (no caso de discos IDE). Feito isto usamos o programa FDISK para fazer a partição, e o programa FORMAT para fazer a formatação lógica. Todas essas etapas serão detalhadas no capítulo 12.

Drives de disquete

Informalmente, a palavra drive tem sido usada para designar os drives de disquetes (Floppy Disk Drive), mas deve-se ter em mente que seu signifi­cado é bem mais abrangente. Neste livro, quando usarmos isoladamente o termo drive, estamos nos referindo aos drives de disquete. Note que também existem outros tipos de drives, como o de CD-ROM, o ZIP Drive, e o HDD (Hard Disk Drive, um outro nome para disco rígido).

A figura 13 mostra o tipo mais comum de drive de disquetes, ainda usado em praticamente to­dos os PCs, apesar de ser totalmente obsoleto. É o drive de 3½” de alta densidade (HD, ou High Density), com capacidade de 1.44 MB. Observe nas suas partes late­rais, os furos onde são instalados os parafusos que o fixam ao gabinete.

A figura 14 mostra as conexões existentes na parte traseira de um drive de disquetes de 3½”. São ao todo duas, sendo que uma delas serve para conectar o drive na fonte de alimen­tação, e outra serve para a conexão com a interface de drives (lembre que esta in­terface fica localizada na placa de CPU). Para permitir a conexão dos drives na sua interface, é usado um cabo apropriado, conhecido como cabo flat para drives. Este cabo sempre é fornecido juntamente com as placas de CPU.

O cabo flat para drives é mostrado na figura 15. Em geral possui três conectores (alguns cabos flat antigos possuíam até 5 conectores, para permitir a conexão de drives de disquetes de 5 1/4”, que usavam conectores diferentes). Um desses conectores deve ser ligado na placa de CPU (onde fica a interface para drives de disquete). Os outros dois conectores permitem a ligação de um ou dois drives de disquete. O drive li­gado no conector da extremidade do cabo será automaticamente selecionado como A. Caso seja desejado (normalmente ninguém faz isso) instalar um segundo drive de disquetes, podemos ligá-lo no conector do meio do cabo. Este será automatica­mente selecionado como B.

Entre os diversos conectores que partem da fonte de alimentação, existem aqueles que são próprios para a conexão ao drive de 3½”. Na figura 16 vemos dois tipos de conectores para drives existentes na fonte de alimen­tação. O maior deles é pró­prio para a conexão em discos rígidos, drives de CD-ROM e drives de disquetes de 5 1/4” (que não são mais usados). O menor deles é próprio para a conexão em drives de 3½”.

A maioria das interfaces para drives de disquetes são capazes de controlar dois drives. Podemos entretanto encontrar algumas interfaces que controlam um único drive, o que não é problema algum, já que é raríssimo alguém usar dois drives.

A instalação e configuração de drives de disquete é bastante simples. Eles são controlados pelo BIOS, e funcionam perfeitamente no modo MS-DOS. O Windows também o controla automaticamente, bem como os demais sistemas operacionais, mas para isto é necessário que estejam declarados no Standard CMOS Setup.

Os setores dos disquetes armazenam 512 bytes. O disquete possui duas faces, cada uma com 80 trilhas, e cada trilha com 18 setores. A capacidade total é portanto:

2 x 80 x 18 x 512 = 1440 kB

Note que é uma grande imprecisão dizer “1.44 MB”. A capacidade correta é 1440 kB, que não é exatamente igual a 1.44 MB. São ao todo 1.474.560 bytes. Na prática a capacidade é um pouco menor, pois os setores iniciais do disco não são usados para armazenar dados do usuário. Armazenam o setor de boot, a tabela de alocação de arquivos (FAT) e o diretório raiz.

Organização de um disquete

Drives de CD-ROM

Todos os PCs modernos devem ser equipados com drives de CD-ROM. Há alguns anos atrás, o drive de CD-ROM era um dispositivo supérfluo, só era necessário em PCs que seriam usados para jogos, para programas de multimídia e para ouvir música. Um fator entretanto fez esses dispositivos se tornarem obrigatórios: programas passaram a ser distribuídos, não mais em disquetes, mas em CDs. Isto foi necessário, já que os disquetes têm uma capacidade limitadíssima para os padrões atuais. Na época em que os drives de CD-ROM não eram obrigatórios em um PC, alguns softwares chegavam a ocupar dúzias de disquetes. Os disquetes tinham várias desvantagens, como menor vida útil e complexidade de instalação (... coloque o disquete número 27 no drive A e tecle ENTER..). Os CD-ROMs têm grandes vantagens como mídia para distribuição de programas:

Instalação rápida – A taxa de transferência de um drive de CD-ROM moderno é superior a 5 MB/s, enquanto a dos disquetes é de apenas 45 kB/s. Além disso não é preciso perder tempo colocando e retirando disquetes no drive, basta colocar o CD no drive, e pronto.

Maior durabilidade – Disquetes são muito sensíveis à poeira, calor e umidade. Em boas condições, duram no máximo 5 anos. Já os CDs têm durabilidade de no mínimo 10 anos, e são mais resistentes à poeira (desde que sejam limpos), calor e umidade.

Menor custo – Em grandes quantidades, o custo de produção de um CD é de apenas 1 dólar. Meia dúzia de disquetes custam mais que isso.

Capacidade equivalente à de mais de 400 disquetes – Gravar grandes quantidade de disquetes em escala industrial é um processo bastante demorado, mesmo usando máquinas automáticas. A simples gravação de 5 disquetes dura cerca de 10 minutos, enquanto o CD-ROM, produzido em grandes quantidades, é prensado em poucos segundos, já com seus 650 MB armazenados.

A figura 17 mostra um típico drive de CD-ROM. Na parte frontal existe uma porta que dá acesso à bandeja, na qual é colocado o CD. Existem um botão para abrir e fechar a bandeja, um plugue P2 para conectar um fone (podemos assim ouvir CDs de áudio, tocados diretamente do drive, mesmo que o computador não tenha uma placa de som. Existe um botão para regular o volume desta saída para fones. Alguns drives possuem botões para controlar CDs de áudio, como Play, Stop, Pause, Next Track. Um drive de CD-ROM não precisa necessariamente ter todos esses botões, já que esses comandos podem ser feitos a partir do Windows. O único botão que é realmente necessário é o usado para abrir e fechar a bandeja (Eject/Load).

Conectores

A figura 18 mostra a parte traseira de um drive de CD-ROM. Nela encontramos os seguintes conectores:

Conector IDE – Neste conector ligamos o cabo flat IDE, que tem sua outra extremidade ligada em uma interface IDE da placa de CPU.

Alimentação – Este conector de alimentação é idêntico ao do disco rígido. Ligamos em um dos conectores disponíveis na fonte de alimentação.

Áudio analógico – Quando o drive está reproduzindo um CD de áudio, o som é transferido para a placa de som através deste conector. Os drives de CD-ROM são fornecidos juntamente com cabos de áudio apropriados, para ligar esta saída na entrada CD-IN da placa de som.   

Áudio digital – Praticamente todos os drives de CD-ROM modernos possuem uma saída de áudio digital. Fornece o mesmo som encontrado na saída de áudio analógico, exceto que em formato digital. Lembre-se que o som está representado nos CDs de áudio em formato digital. Dentro do drive este som é convertido para o formato analógico para ser enviado à placa de som no formato analógico. Entretanto o mesmo som é apresentado na saída digital, que por sua vez pode ser ligada em entradas CD-IN digital, caso a placa de som possua este tipo de entrada. O som digital tem qualidade sensivelmente melhor que a do analógico, e esta conexão deve ser preferencialmente utilizada, caso a placa de som possua uma entrada para CD digital.

Os drives de CD-ROM possuem também na sua parte traseira, três pares de pinos metálicos para selecionamento Master/Slave. Esta configuração deve ser feita de acordo com a ocupação do drive na interface. Um drive sozinho deve ser configurado como Master. Um segundo drive ou outro dispositivo IDE deve ser configurado como Slave.

Velocidade

Desde a sua popularização, por volta de 1993, os drives de CD-ROM têm evoluído em velocidade e em funcionalidade, mas não em capacidade: continuam com os mesmos 650 MB. Os melhoramentos em velocidade foram entretanto bastante significativos. Os primeiros drives de CD-ROM operavam com a taxa de transferência de 150 kB/s, a mesma utilizada pelos CD Players para áudio. Esta taxa de transferência tem sido utilizada como referência para os drives de CD-ROM modernos. Surgiram os drives de velocidade dupla (2x), com taxa de 300 kB/s. Os drives mais antigos passaram a ser chamados de drives de velocidade simples, ou 1x. Seguiram-se os drives de velocidade tripla (3x), quádrupla (4x), e assim por diante. A tabela que se segue mostra as principais velocidades lançadas nos últimos anos.