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25 de janeiro de 2017

Como o computador armazena os arquivos?

O computador armazena os arquivos, atualmente com disco rígido mas em algumas ocasiões também com discos de estado sólido, o primeiro possui um disco e um braço mecânico muito sensível, e o outro possui apenas chips eletrônicos.

O disco rígido é composto por uma controladora que faz todo o processo de conectar ao barramento de dados do computador e assim converter seus sinais e pulsos para um chip controlador que por sua vez irá demandar outras tarefas mecânicas para o disco girar, para o braço caminhar até uma determinada posição, e assim ler a trilha do disco e recuperar as informações ou gravar o que for necessário.

Mas o disco rígido está com seus dias contados, pois tem muitas novidades vindo pela frente, que irão substituir de vez estes discos rígidos, que, comparando com as novas tecnologias, não são mais tão rígidos assim.

Antes da era "Disco Rígido"

Quando os computadores começaram a surgir, não existia discos rígidos, todos os dados eram salvos na memória RAM assim como uma calculadora hoje, e se o computador fosse desligado, teria que reprogramá-lo e inserir todas as informações novamente para ele prosseguir.

Como começava ficar complexo demais voltar as informações e continuar de onde parou, fizeram várias formas para acelerar o processo, como cartões perfurados, onde já possuía a programação essencial para subir o sistema, e assim voltar a funcionar.

Imagem mostrando um cartão perfurado e um pen-drive dos dias atuais.

Logo após os cartões perfurados, desenvolveram fitas magnéticas para armazenar mais conteúdos, assim como as fitas de música ou fitas de video-cassete que armazenavam vídeos de forma analógica.

Fita magnética para armazenamento


Fita K7, usando fita magnética de uso em gravações de áudio.

Como era muito difícil ter que ficar rodando a fita para lá e para cá toda vez que era necessário abrir um arquivo (poderia levar alguns minutos até a fita rodar a posição necessária para ler os dados), foi necessário uma mídia mais flexível, onde fosse possível ler estas informações sem precisar ficar rodando a fita de um lado para outro, evitando os problemas constantes de romper a fita.

Logo surgiram mídias em formato pizza, tanto em mídias de disco rígido fechadas em câmaras seguras como disquetes. A geração atual pode talvez nunca ter visto um disquete na vida.

Disquete de 8' polegadas, 5' 1/4 e 3' 1/2.

Os disquetes foram mais populares devido o seu custo reduzido, mas logo que discos rígidos foram ficando "menores", e com mais capacidade de armazenamento (algo em torno de 2 MB de dados), as pessoas tinham a possibilidade de carregar o computador automaticamente sem precisar ficar trocando os disquetes.

O próprio Windows, em suas versões mais antigas, como Windows 1.0 e Windows 2.0, operava somente com disquetes, e discos rígidos com algumas controladoras compatíveis, mas só no Windows 3.11 que ele oficialmente era instalado no disco rígido local da máquina, e não mais nos disquetes.

Em 30 anos, os discos rígidos passaram de US$ 100 mil por Gigabyte para centavos (atualmente).

Depois da era "Disco rígido"

Muito tempo se passou com computadores usando de forma elementar discos rígidos em seu interior, sem outra alternativa durante quase 15 anos.

Atualmente temos várias outras alternativas, e muitas outras estão sendo pesquisadas, mas a mais comum, atualmente financeiramente até acessível e muito mais rápido são os discos de estado sólido, os discos SSD.

Um disco rígido entrega 70 MB/s contra 550MB/s de um SSD.

Muitos computadores antigos, também oferecem suporte a SSD, pois muitos destes novos discos foram desenvolvidos para utilizar a mesma interface de comunicação dos discos rígidos.

Entretanto, os discos de estado sólido, por não terem parte mecânica alguma, e tem um tempo de acesso muito menor, e com sua constante evolução, não pode mais ficar limitado a interface atual do disco rígido, que possui limite teórico máximo de 600 MB/s.

Por isto surgiram inúmeras placas e controladoras proprietárias, e placas destas com os chips de armazenamento soldadas sobre as placas, entregando de 800MB/s até 1000 MB/s.

OCZ RevoDrive conectada a um barramento PCI-e, mesmo que liga placas de vídeo.

Outros fabricantes começaram fazer também suas versões, até que então um grupo de empresas verificou a real necessidade de padronizar ou então poderiam haver enormes problemas de compatibilidade entre estes dispositivos, e então foi criado um padrão novo para uso específico para discos de estado sólido, que aproveitem todas as suas vantagens.

Até então, a interface, o barramento, foram feitos para baixa latência, pois um disco rígido leva em milissegundos, milhares deles para acessar comparando com um disco de estado sólido.

Discos de estado sólido, ao lado esquerdo, usando o mesmo tamanho de disco rígido e mesma interface, o outro lado, placas que são conectadas no barramento PCI-e.


PCI-e sobre o padrão NVMe, usando a porta PCI-e.


Diante de tantas formas proprietárias, surgiram atualmente 2 padrões de comunicação novos, SATAe e NVMe, ambos, ligados ao barramento PCI-e atualmente.

A ideia de padronizar é mais do que necessária para evitar que cada fabricante gaste tempo e engenharia desenvolvendo novos projetos exclusivos, aumentando o preço final, e impossibilitando a padronização, interoperabilidade, e compatibilidade entre sistemas operacionais, evitando também o desenvolvimento de múltiplos drivers para vários sistemas.

Diferença no método NVMe vs AHCI.

A diferença do padrão AHCI para o novo método NVMe, conforme o gráfico acima, consome menos recursos computacionais que o padrão anterior.

Disco SSD usando NVMe, sobre o barramento PCI-e.


Placa que interliga SSD baseado em NVMe para barramento PCI-e 16x da DELL para computador desktop.

Com isto, as novas BIOS dos computadores, poderão ter programações como permitir realizar o boot de um sistema operacional nativamente.

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