9 de julho de 2019

Disco rígido em 100 km/hora para leitura de dados


Um disco rígido é muito mais do que só armazenar dados, arquivos, fotos de seu casamento, formatura, documentos pessoais, ou para instalar aplicativos e usar como cache de informações para dados temporários.

Um sistema complexo, desenhado para ter sempre a máxima performance para manter os dados seguros pelo maior tempo possível.

Conheça agora algumas diferenças sobre GMR, TMR, PMR e SMR, e o que eles são de fato.
Quando você visualiza os discos rígidos atuais de 16 TB de dados, você apenas enxerga a sigla SMR, mas o que ela é de fato?

Os discos rígidos são construídos com um material magnético, este por sua vez, é um prato com milhares de grãos de ferrites que estão ali prontos para determinar os domínios, e estes domínios farão parte de uma estrutura magnética maior, onde é representada pela informação de fato.

Abaixo, como são os grãos de ferrite, e como são dispostos no disco rígido. Perceba, não existe nada ordenado como pode se imaginar:

Escala de visualização de 50 nm

Escala de visualização de 100 nm

As imagens foram feitas pela universidade de Yale, através de microscópios magnéticos, já que esta área é tão pequena.

Escala de 10 nm, os grãos dentro de um domínio. As "riscas" são as camadas atômicas dos átomos que compõem o ferrite. Em níveis de zoom tão baixos, átomos não são tão pequenos assim.

Mas além de ter as mídias, grãos de ferrite, e os domínios (que nada mais é que um grupo de grãos para compor uma informação, já que um grão sozinho, é fraco demais para ativar os sensores), temos então os sensores.

Os sensores AMR, GMR e TMR, não são apenas sensores usados em discos rígidos, mas também para muitas outras atuações em diversos tipos de aplicações, até mesmo de estacionamento de carros automatizados nas ruas.

Estes sensores trabalham com um nível de leitura de sinal magnético, podendo ler os seus níveis, e assim repassar para uma controladora determinar e compreender seus sinais.

Os discos são conhecidos normalmente por usarem o sensor TMR, PMR ou SMR, e em alguns materias, o TMR pode ser chamado também de CMR, ou "common magnetic recording". Eles mudam a cada termo, a engenharia adotada para a leitura e gravação.

Os discos rígidos com pelo menos 250 GB de espaço, até cerca de 1 TB, são geralmente notados como PMR, que trata-se de gravação perpendicular (perpendicular magnetic recording), deixando muitos ferrites em pé no disco, aumentando o espaço para os domínios, frente aos discos de TMR.

A partir dos discos de 1 TB, começou a ter novas limitações de tamanho, e as empresas começaram a reduzir ainda mais os domínios usando a tecnologia SMR, "shingled magnetic recording", e então foi possível a adoção de discos de 10 TB, 12 TB e até o momento, 16 TB comercialmente pela Seagate.

Existe um problema porém com os discos SMR: Os dados estão em domínios tão pequenos, que podem encavalar-se um com os outros, ou seja, sempre que novas informações são salvas, são gravadas usando ainda a tecnologia PMR, mas assim que os dados são combinados, são reescritos em áreas densas, já que o braço de leitura e gravação, é maior que os domínios, e então são lidos e gravados de forma combinada.

Em detrimento ao desempenho, os discos do tipo SMR precisam de tempo ocioso para realizarem a ordenação dos dados, e reescrita, diferentemente dos discos PMR, que não precisam realizar nenhum tipo de trabalho logo após os dados serem salvos.

Um disco do tipo SMR se é constantemente acessado para leitura/gravação e não tem tempo suficiente para ficar ocioso para iniciar seu trabalho de reorganização dos dados, podem sofrer de áreas congeladas, onde só são permitidas ações de leitura, ocorrendo uma degradação no desempenho de leitura/gravação.

Este esquema de reorganização dos dados também é presente atualmente na maioria dos discos de SSD no mercado, com a vantagem que conseguem realizar este trabalho rapidamente, geralmente em tempo de uso.

Por isto, não é recomendado o uso de discos do tipo SMR e PMR em arranjos RAID, pois os discos de SMR podem degradar o desempenho dos outros discos que não precisam de ações de "reorg" dos setores.

E, para curiosidade, referente ao título, sim, um simples disco de 5400 RPM, conforme a universidade de Yale, faz com que o braço de leitura esteja a 100 km/hora, ou 62 milhas por hora para ler os domínios e informações gravadas nas trilhas do disco rígido.

Referências:
Hard Disk Methods and Materials, Yale University, https://volga.eng.yale.edu/teaching-resources/hard-drives/methods-and-materials, acesso em 08/07/2019.

What's the Difference Between TMR and GMR sensor? - Eletronic Design, https://www.electronicdesign.com/industrial-automation/what-s-difference-between-tmr-and-gmr-sensors, acesso em 08/07/2019.

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