Como funciona um HD (disco rígido)?

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 Os HDs foram inventados há mais de 50 anos e têm sido usados em computadores pessoais desde meados da década de 1980 (embora a memória flash os tenha substituído em muitas máquinas nos últimos anos). O microprocessador em seu computador é a parte que faz todo o “pensamento” e cálculos, mas é o disco rígido que dá ao seu computador a sua memória prodigiosa e permite que você armazene fotos e vídeos, arquivos de música e documentos de texto. Como funciona? Vamos olhar mais de perto!

COMO ARMAZENAR INFORMAÇÕES COM MAGNETISMO

A ciência do magnetismo é complexa. Mas se você já brincou com um ímã e alguns pregos, sabe que a tecnologia é bastante simples. Os pregos de ferro começam desmagnetizados, mas, se você esfregar um ímã para frente e para trás sobre eles, poderá torná-los magnéticos para que se colem. O magnetismo tem alguns usos simples e práticos. Por exemplo, os ferros-velhos usam eletroímãs (imãs enormes que podem ser ligados e desligados com eletricidade ) para coletar e mover pilhas de sucata.

O magnetismo tem outro uso muito importante. Suponha que você precise deixar uma mensagem para um amigo e tudo o que você tem é um ímã e um prego de ferro não magnetizado. Suponha que a mensagem seja muito simples, ou você verá seu amigo mais tarde naquele dia ou não. Você pode combinar com seu amigo que vai jogar um prego na caixa de correio dele. 

Se o prego estiver magnetizado, significa que você os verá mais tarde; se ele não estiver magnetizada, você não o fará. Seu amigo chega da escola e encontra um prego no capacho. Ele o leva para a mesa da cozinha e tenta pegar um clipe de papel. Se o clipe for preso ao ímã, ele está magnetizado significando que você planeja vê-los mais tarde. É uma maneira muito estranha de deixar uma mensagem para alguém, mas ilustra algo muito importante: o magnetismo pode ser usado para armazenar informações.

Se o seu computador tem um disco rígido de 2 TB é um pouco como uma caixa contendo 2 trilhões de pregos de ferro microscopicamente pequenos, cada um dos quais pode armazenar um pequeno pedaço de informação chamado “bit”. Um bit é um dígito binário – um número zero ou um número um. Em computadores, os números são armazenados não como decimais (base 10), mas como padrões de dígitos binários. 

Por exemplo, o número decimal 382 é armazenado como o número binário 101111110. Letras e outros caracteres também podem ser armazenados como números binários. Assim, os computadores armazenam uma letra A maiúscula como o número decimal 65 ou o número binário 1000001. Suponha que você queira armazenar o número 1000001 em seu computador naquela grande caixa de pregos de ferro. Você precisa encontrar uma fileira de sete pregos não utilizados. Você magnetiza o primeiro (para armazenar um 1), deixa os próximos cinco desmagnetizados (para armazenar cinco zeros) e magnetiza o último (para armazenar um 1).

COMO O HD FUNCIONA?

No disco rígido do seu computador, não existem pregos de ferro. Há apenas uma grande “placa” circular brilhante de material magnético chamada prato, dividida em bilhões ou trilhões de áreas minúsculas. Cada uma dessas áreas pode ser magnetizada independentemente (para armazenar um 1) ou desmagnetizada (para armazenar um 0). 

O magnetismo é usado no armazenamento do computador porque continua armazenando informações mesmo quando a energia é desligada. Se você magnetizar um prego, ele permanece magnetizado até que você o desmagnetize. Da mesma forma, os dados armazenados no HD do seu PC permanecem lá mesmo quando você desliga o instrumento.

Conheça os principais componentes de um HD

Um disco rígido possui apenas algumas peças básicas. Há uma ou mais discos prateados brilhantes onde as informações são armazenadas magneticamente, há um motor com um mecanismo de braço que move uma pequena cabeça de leitura e gravação para frente e para trás sobre as travessas para ler ou gravar os dados, e há um circuito eletrônico para controlar tudo e atua como um link entre o disco rígido e o resto do computador.

Em discos rígidos mais antigos, os atuadores eram motores de passo. Na maioria dos discos rígidos modernos motores voice coil são usados. Como o nome sugere, esses são eletroímãs simples, funcionando como as bobinas móveis que emitem sons em alto-falantes. Eles posicionam o braço de leitura e gravação de forma mais rápida, precisa e confiável do que os motores de passo, e são menos sensíveis a problemas como variações de temperatura.

Os pratos são as partes mais importantes de um disco rígido. Como o nome sugere, são discos feitos de um material duro como vidro, cerâmica ou alumínio revestidos com uma fina camada de metal que pode ser magnetizada ou desmagnetizada. Um pequeno disco rígido normalmente tem apenas um prato, mas cada lado dele tem um revestimento magnético. Unidades maiores têm uma série de pratos empilhados em um eixo central, com um pequeno espaço entre eles. Os pratos giram a até 15.000 rotações por minuto (RPM para que os cabeçotes de leitura e gravação possam acessar qualquer parte deles.

Existem duas cabeças de leitura e gravação para cada prato, uma para ler a superfície superior e outra para ler a parte inferior. Portanto, um HD com cinco pratos precisaria de dez cabeças separadas de leitura e gravação. Os cabeçotes de leitura e gravação são montados em um braço controlado eletricamente que se move do centro da unidade para a borda externa e vice-versa. Para reduzir o desgaste, eles não tocam no prato havendo uma camada de fluido ou ar entre a cabeça e a superfície do prato.

O mais importante sobre os discos rígidos não é ser capaz de armazenar informações, mas sim encontrá-las mais tarde. Imagine armazenar um prego de ferro magnetizado em uma pilha de 2 trilhões de pregos idênticos, e você terá uma ideia de quantos problemas seu computador enfrentaria se não usasse uma maneira muito metódica de preencher suas informações.

Quando seu computador armazena dados em seu HD, ele não joga apenas pregos magnetizados em uma caixa, todos misturados. Os dados são armazenados em um padrão muito ordenado em cada prato. Os bits de dados são organizados em caminhos circulares concêntricos chamados trilhas. Cada trilha é dividida em áreas menores chamadas setores. Parte do HD armazena um mapa de setores que já foram usados e outros que ainda estão livres. 

O processo de formatação de uma unidade é feito na fábrica, e estabelece as trilhas e setores no prato. Os pontos inicial e final de cada setor são escritos no prato. Este processo prepara a unidade para conter blocos de bytes. A formatação de alto nível então grava as estruturas de armazenamento de arquivo, como a tabela de alocação de arquivo, nos setores. Este processo prepara a unidade para armazenar arquivos.

No Windows, este mapa é chamado de Tabela de Alocação de Arquivos ou FAT. Quando o computador deseja armazenar novas informações, ele dá uma olhada no mapa para encontrar alguns setores livres. Em seguida, ele instrui o cabeçote de leitura e gravação a se mover pelo prato exatamente para o local correto e armazenar os dados lá. Para ler as informações, o mesmo processo é executado ao contrário.

Como um computador manipula todos os detalhes mecânicos de um disco rígido? Existe uma interface (uma peça de conexão do equipamento) entre eles, chamada de controlador. Este é um pequeno circuito que opera os atuadores, seleciona trilhas específicas para leitura e gravação e converte fluxos de dados que vão do computador em fluxos de dados que estão sendo gravados no disco (e vice-versa). Os controladores são integrados à própria placa de circuito da unidade de disco ou parte da placa principal do computador (placa-mãe).

Com tantas informações armazenadas em um espaço tão pequeno, um disco HD é uma peça notável de engenharia. Isso traz benefícios, mas também tem desvantagens. Um deles é que os discos rígidos podem dar errado se entrarem sujeira ou poeira dentro deles. Um pequeno pedaço de poeira pode fazer o cabeçote de leitura e gravação saltar para cima e para baixo, colidindo com o prato e danificando seu material magnético. 

Isso é conhecido como travamento do disco (ou travamento da cabeça ) e pode causar a perda de todas as informações em um disco rígido. Uma falha de disco geralmente ocorre do nada, sem qualquer aviso. É por isso que você deve sempre manter cópias de backup de seus documentos e arquivos importantes, seja em um HD externo ou na nuvem.

QUEM INVENTOU O HD (DISCO RÍGIDO)?

Os discos rígidos foram inventados na década de 1950. Eles começaram como grandes discos de até 20 polegadas de diâmetro contendo apenas alguns megabytes . Eles foram originalmente chamados de “discos fixos” ou “Winchesters” (um nome de código usado para um produto IBM popular). Posteriormente, eles ficaram conhecidos como “discos rígidos” para distingui-los dos “disquetes”. 

Em 1954, Reynold Johnson montou uma equipe no IBM R&D Laboratory em San Jose, Califórnia, encarregada de desenvolver sistemas de armazenamento em massa rápidos para substituir cartões perfurados e fita magnética em aplicativos de contabilidade e controle de estoque. 

Informada pelas ideias de Jacob Rabinow na NBS, a IBM desenvolveu e despachou a primeira unidade de disco rígido (HD) comercial, a unidade de armazenamento em disco Modelo 350, para Zellerbach Paper, San Francisco em junho de 1956 como parte do IBM 305 RAMAC (Método de Acesso Aleatório de Contabilidade e Controle).

No Modelo 350, cinquenta discos de 24 polegadas de diâmetro empilhados em um eixo que girava a 1200 rpm armazenavam 5 milhões de caracteres de 6 bits a uma densidade de área de 2.000 bits / polegada. Isso equivale a 3,75 megabytes de capacidade de armazenamento de dados, ou o espaço atualmente ocupado por uma única foto digital!

Cabeças magnéticas indutivas de leitura / gravação com colchões de ar eram montados em um braço a 800 micropolegadas acima da superfície para criar uma camada hidrostático. Um atuador movia o braço de disco para disco com um tempo médio de acesso de menos de 1 segundo.

Três gerações de drives RAMAC foram desenvolvidas para os computadores 305, 650, 1401, 1410 e 7070 antes que a IBM anunciasse o Modelo 1301 em 1961. A capacidade dobrou a cada geração. Um atuador operacional restaurado e uma pilha de discos estão em exibição na Galeria de Memória e Armazenamento do Museu de História do Computador.

Agora que você sabe como funciona um disco rígido, não irá ficar surpreso se um dia ele apresentar problemas. Um disco rígido é uma peça extremamente complexa e frágil. Se você derrubar seu HD externo, ou o HD parar de funcionar de repente, conte com a ajuda profissional da E-RECOVERY para recuperar seus arquivos perdidos. Na E-Recovery você terá as melhores chances de recuperar dados do seu HD. Consulte-nos para obter um orçamento sem compromisso!

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