Inside the HDD: History, Structure & Technologies

1. Instituto de Computação UNICAMP MC722 - Projeto de Sistemas Computacionais Por Dentro do HD Felipe Heidi Shiratori RA: 060657 Guilherme Henrique G. Pozzato RA: 061240 Hugo Hideki Yamashita RA: 061465

2. Introdução • HDs são unidades de armazenamento de dados • Não-volátil • Tópicos -História -Estrutura -Densidade de armazenamento -Gravação e leitura de dados -Geometria dos discos -Detecção de erros -Padrões e tecnologias

3. História • 1956 - IBM 350 -Primeiro HD -50 discos de 24 polegadas cada -Apenas 2 cabeças de leitura/escrita • 1961 - IBM 1301 -Uma cabeça para cada superfície dos discos • 1973 - IBM 3340 -Apelidado de Winchester -Cabeças menores e mais leves

4. História – IBM 350

5. Estrutura do HD • Parte Lógica -Circuitos controladores • HDA (Hard Drive Assembly) -Compartimento selado -Formado por: -Discos Magnéticos -Cabeças de leitura/escrita -Braço -Atuador (voice coil)

6. Estrutura do HD

7. Densidade de armazenamento • Quantidade de dados por unidade de área • Aumentar a capacidade do HD sem aumentar o tamanho físico significa aumentar a densidade de armazenamento • Formas de aumentar a densidade de armazenamento -Diminuir o tamanho dos setores -Gravar os dados no disco de forma diferente (veremos em breve)

8. Gravação e leitura de dados • Feita de forma magnética • Grava os dados na superfície magnética do disco • Cabeça de leitura/escrita dividida em duas partes • Gravação -Utiliza um eletroímã -Pode mudar a polaridade muito rapidamente • Leitura -Capta o campo magnético e produz uma pequena corrente

9. Gravação e leitura de dados

10. Formas de Gravação • Gravação Longitudinal -Orientação magnética dos dados é longitudinal -Forma de gravação utilizada desde os primeiros HDs -Problemas com o aumento da densidade de armazenamento • Gravação Perpendicular -Orientação magnética dos dados é perpendicular -Forma de gravação que vem sendo adotada pelos fabricantes -Possibilita o aumento da densidade de armazenamento

11. Formas de Gravação

12. Geometria dos discos • Divisão lógica do disco Trilhas: Regiões circulares concêntricas Setores: Divisões dentro das trilhas Cilindros: Conjunto de trilhas sobrepostas

13. Detecção de erros • HDs estão sujeitos a falhas de leitura • ECC (Error Correcting Code) -Gravado nos setores junto com os dados • Caso um erro de leitura seja detectado, o ECC tenta corrigir • Persistindo o erro tenta ler novamente • Soft error – Sucesso na correção • Bad Block – Falha na correção • Tudo feito pelo próprio HD

14. Padrões e Tecnologias • IDE – Integrated Drive Electronics • É desenvolvida para suprir a necessidade do mercado por maior armazenamento de dados. • Padrões existentes como ESDI e ST-506 não conseguiam ser ampliados devido aos custos elevados e ruídos na transferência de dados . • IDE agrega todo o circuito controlador no próprio HD.

15. Padrões e Tecnologias • IDE – Integrated Drive Electronics • O computador passa a ver e acessar o HD como um vetor de blocos de 512 bytes. • Isso tornou o acesso ao disco mais rápido e preciso, além de retirar do computador a tarefa de controlar diretamente o HD. • Em 1986 surgem os primeiros HDs IDE. Em 1994 é passado a padrão ANSI e com o tempo passa a ser chamado de ATA-1.

16. Padrões e Tecnologias • EIDE – Enhanced IDE • Nova versão do IDE. • Melhor capacidade armazenamento e melhora na transferência de dados. • Outros dispositivos além dos discos rigidos podiam utilizar a interface ATA. • Possibilidade de conectar 2 dispositivos no mesmo conector ATA.

17. Padrões e Tecnologias • EIDE – Enhanced IDE • Se torna padrão ANSI em 1996 como ATA-2. • Fast ATA-1 e Fast ATA-2 - Variantes do padrão ATA com melhoras na taxa de transferência.

18. Padrões e Tecnologias • ATAPI – Attachment Packet Interface • Transpõem o padrão ATA para outros dispositivos com comportamento semelhante ao de um disco rígido, como um CD-ROM. • Interpretava os sinais desses dispositivos e os traduzia em protocolos SCSI, Small System Computer Interface, que eram reconhecidos pelo ATA.

19. Padrões e Tecnologias Conector ATA

20. Padrões e Tecnologias Cabo para conexão ATA

21. Padrões e Tecnologias • DMA – Direct Memory Access • CPU tem seu processamento comprometido servindo de mediador entre dispositivos e a memória principal. • DMA criou meios dos dispositivos se comunicarem com a memória principal independente da CPU

22. Padrões e Tecnologias • DMA – Direct Memory Access • HDs, placas de rede, placas de som, placa de video e GPUs se beneficiaram dessa tecnologia. • Também é utilizada em processadores multi-core, para a troca de informação entre os núcleos e os núcleos e a memória principal.

23. Padrões e Tecnologias • Ultra ATA • Padrão ATA utilizando a tecnologia DMA, por isso também é conhecido com UDMA. • Permitiam taxas de transferência elevadas, de 33, 66, 100 e 133 Mbytes/s.

24. Padrões e Tecnologias • SATA – Serial ATA • Transferência de dados de forma serial, ao contrário do ATA que a transmissão é paralela. • Menos suscetível a ruídos devido ao menor número de vias e ao melhor isolamento dos cabos conectores. • Hot-Swap – Torna possível a troca de dispositivos sem a necessidade de desligar o computador.

25. Padrões e Tecnologias Conector SATA

26. Padrões e Tecnologias Cabo para conexão SATA

27. Padrões e Tecnologias • eSATA – External SATA • Utilizada em HDs externos. • Tem taxas de transmissão de dados superior a da interface USB, mas necessita de uma fonte externa de energia.

28. Padrões e Tecnologias Taxas de transferência nas interfaces USB e eSATA

29. Padrões e Tecnologias Portas para conexão eSATA

30. Tabela de Transferência

31. Considerações Finais • A rápida evolução dos discos rígidos causou uma revolução no armazenamento de informação. • Com o avanço da internet a quantidade de informação disponível é algo colossal.