Embora na hora de comprar um computador se dê muita atenção a aspectos como a placa-mãe, placa de vídeo e quantidade de memória RAM, todos esses componentes não teriam a menor importância sem a presença do disco rígido.
Afinal, de nada adianta ter poder de processamento se você não possui um local onde armazenar o sistema operacional ou gravar os diversos softwares e documentos com que deseja trabalhar. Para isso, a cada dia surgem no mercado novos modelos com mais espaço disponível, grande velocidade e precisão de leitura e gravação.
Quem utiliza computadores com frequência já deve ter se perguntado como funcionam estes componentes e imaginado qual o tipo de tecnologia necessária para gravar dados.
Provavelmente já devem ter passado pela sua cabeça perguntas como a origem do nome disco rígido, e como é possível surgirem HDs com cada vez mais capacidade, sem que para isso seja preciso aumentar as dimensões do componente.
Para esclarecer essas e mais uma série de dúvidas que você possa ter, neste artigo o Baixaki vai desvendar os segredos por trás do funcionamento de um disco rígido.
Por que o nome disco rígido?
O motivo para é simples: os dados são gravados em discos magnéticos chamados platters, formados por discos extremamente rígidos que garantem a qualidade de gravação e leitura. A utilização de materiais duros é necessária para evitar a ocorrência de erros que podem surgir caso ocorram deformações na superfície.
Os platters são compostos de duas camadas, a primeira chamada de substrato. Geralmente feita de alumínio, embora existam modelos mais caros que utilizem vidro como base, esta camada é constituída de um disco polido em salas limpas (sem a presença de fatores ambientais como pó ou sujeira) para se tornar perfeitamente plana e espelhada.
O que permite a gravação de dados é uma segunda camada feita de material magnético, aplicada nos dois lados do substrato polido. Para aplicar esta camada, nos discos rígidos antigos era utilizada uma técnica chamada eletroplating, semelhante à eletrólise usada para banhar bijuterias a ouro.
Como o eletroplating não permite obter uma superfície muito uniforme, o que limitava o espaço de armazenamento disponível, foi desenvolvido o PLA, tecnologia semelhante à usada para soldar transistores em processadores. Como a camada magnética possui espessura de somente alguns microns, acima dela há uma fina camada protetora que evita que pequenos impactos danifiquem o disco rígido.
A necessidade de utilizar discos totalmente planos vem do fato de a gravação e a leitura serem feitas a velocidades muito grandes, o que faz com que qualquer variação na superfície seja fatal para o funcionamento do componente. Os HDs mais comuns são capazes de alcançar entre 5.600 a 7.200 rotações por minuto, embora existam modelos que chegam até os 10.000 RPM.
Depois de polidos e já com a camada magnética aplicada, os platters são montados em um eixo geralmente feito de alumínio, que deve ser sólido o bastante para evitar qualquer vibração dos discos, mesmo em altas velocidades. O eixo também passa por um processo de polimento, já que os discos devem ficar perfeitamente presos e alinhados ao componente.
A maioria dos discos rígidos disponíveis no mercado utiliza múltiplos discos de gravação e leitura, o que permite aumentar a capacidade do dispositivo. Embora existam exceções à regra, o mais comum é que cada HD possua quatro discos em sua composição.
Como são adicionados dados ao HD?
Todo o processo de gravação e leitura dos dados de um disco rígido é feito com a utilização de cabeças de leitura eletromagnéticas, presas a um braço móvel que permite o acesso a toda a superfície do disco rígido.
O braço de leitura geralmente é feito de alumínio, pois precisa ser ao mesmo tempo leve e resistente para suportar a grande velocidade com que os discos giram. Para coordenar o movimento das cabeças de leitura, os HDs contam com um dispositivo especial chamado actuador.
Os primeiros discos rígidos utilizavam motores de passo para realizar a movimentação dos braços e das cabeças de leitura, assim como acontece nos disquetes. O problema desse método é que, em altas velocidades de rotação, é muito comum acontecerem desalinhamentos. Além disso, o espaço disponível também é bastante limitado.
Os discos mais recentes (qualquer HD com mais de 40MB de capacidade) utilizam um mecanismo chamado voice coil, que trabalha com atração e repulsão magnética. Esse sistema é muito mais rápido e preciso do que os motores de rotação, permitindo um melhor aproveitamento da densidade do disco, além de uma maior velocidade na gravação e leitura de arquivos.
A movimentação do braço do disco rígido é feita através de dois poderosos ímãs de neodímio, localizados em cada um de seus lados. A passagem de correntes elétricas de diferentes intensidades faz com que a potência de cada ímã seja alterada, o que ocasiona a movimentação dos braços e, consequentemente, das cabeças de leitura.
A gravação e a leitura dos dados são feitas através de minúsculos eletroímãs presentes nas cabeças de leitura do disco rígido. Compostos de uma bobina de fios que envolvem um núcleo de ferro, esses ímãs são extremamente precisos, o que permite a gravação de trilhas medindo centésimos de milímetros.
Como ocorre o processo de gravação?
Durante o processo de gravação, o campo magnético gerado pelos ímãs presentes nas cabeças faz com que as moléculas de óxido de ferro presentes na superfície magnética dos discos se reorganizem, alinhando os pólos negativos delas com os pólos positivos da cabeça. Da mesma forma, os pólos positivos se alinham com os pólos negativos.
Os eletroímãs presentes nas cabeças de leitura e gravação podem ter sua polaridade alternada constantemente, o que permite variar livremente as moléculas da superfície magnética do disco rígido. Conforme a direção de cada pólo, obtém-se um bit interpretado como 1 ou 0 pelo computador.
Na hora de ler os dados gravados, a cabeça de leitura capta o campo magnético gerado pelas moléculas alinhadas: a variação dos sinais magnéticos positivos e negativos gera uma corrente elétrica transmitida para a bobina de fios presentes na cabeça. Ao chegar à placa lógica do HD, esta corrente é interpretada como uma sequência de bits 1 e 0, que formam os diferentes arquivos gravados no disco rígido.
Vale mencionar que todo esse processo ocorre sem nenhuma espécie de contato entre as cabeças de leitura e a superfície do disco. Isso porque, devido às altas velocidades com os que os discos rodam, forma-se um colchão de ar que repele as cabeças de leitura e impede qualquer espécie de contato.
Caso houvesse contato entre os componentes, dificilmente um disco rígido funcionaria durante muito tempo devido aos danos físicos ocorridos. Para evitar acidentes, a maioria dos HDs conta com um ímã ao lado do atuador, responsável por atrair as cabeças a uma posição segura toda vez em que o computador é desligado ou não há gravação ou leitura de dados.
Em ocasiões em que ocorrem picos de tensão ou a energia é cortada subitamente com o HD funcionando, é comum surgirem setores defeituosos por ter ocorrido contato entre as cabeças de leitura e a superfície do disco.
Para evitar problemas do tipo recomenda-se utilizar acessórios como no-breaks, que permitem desligar o computador da forma correta em casos de instabilidade no fornecimento de energia.
Como é possível obter HDs cada vez maiores?
Agora que você já sabe como funciona o processo de gravação e leitura dos arquivos presentes em um disco rígido, pode ter batido a curiosidade de saber como os desenvolvedores conseguem lançar HDs com capacidade cada vez maior.
Existem três maneiras diferentes para que isso seja possível: aumentar a dimensão dos discos rígidos, multiplicar o número de platters disponíveis ou investir em um melhor aproveitamento da densidade do disco rígido.
Os dois primeiros métodos apresentam problemas por serem mais caros para o consumidor final e representarem somente um ganho de capacidade, mas não de desempenho.
Enquanto a adição de discos adicionais representa um custo maior ao consumidor final, aumentar suas dimensões é uma ideia que ainda pode representar perda de desempenho.
Isso acontece porque, quanto maior o diâmetro do disco, maiores as chances de que apresente problemas ao girar em altas velocidades. Além disso, as cabeças de leitura demoram mais tempo para chegar ao local necessário. Dessa forma, quanto maior o disco, menor a velocidade de leitura e gravação apresentada.
O processo que se mostrou mais eficiente para aumentar o espaço disponível é investir em um aumento da densidade dos discos magnéticos. Ou seja, em vez de investir em maior espaço físico, os desenvolvedores investem em métodos de gravar cada vez mais dados utilizando o mesmo espaço anterior.
Como diminuir o espaço ocupado por cada bit enfraquece seu sinal magnético, é preciso investir em mídias de melhor qualidade para que os dados possam se manter estáveis. Além disso, deve-se investir na precisão e na sensibilidade dos braços e cabeças de leitura, para evitar problemas durante a gravação e leitura dos dados.
Apesar desses problemas, a cada ano surgem novas tecnologias que permitem obter HDs com capacidade cada vez maior. Enquanto há alguns anos era um absurdo pensar em discos rígidos com mais de 200GB, já é possível encontrar dispositivos com mais de 1TB de espaço a preços acessíveis.
A tendência é uma queda cada vez maior no preço pago por cada Megabyte, o que permitirá que mesmo usuários casuais possam contar com HDs gigantescos sem pagar muito por isso. Tudo indica que logo será coisa do passado ter que desinstalar programas ou apagar arquivos para abrir espaço para novos documentos.
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