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| Storage Drives | Drives de Armazenamento |
Unidades de disco rígido (HDD)
Os discos rígidos são dispositivos de armazenamento permanentes para computadores. Existem vários tipos de discos rígidos: discos magnéticos tradicionais, discos de estado sólido de nova geração ou discos híbridos que contêm SSD e armazenamento magnético.
Os discos rígidos tradicionais usam agulhas magnéticas e pratos magnetizados rotativos para armazenar dados. Devido a essas partes móveis, os discos rígidos são facilmente danificados por quedas e / ou choques. O motor que gira os discos também consome muita energia e, no entanto, nenhum outro método de armazenamento é tão acessível para grandes volumes de armazenamento.
Os discos rígidos vêm em várias capacidades de armazenamento, com alguns até mesmo armazenando 10 TB (10 trilhões de bytes). Computadores típicos vêm com 256 GB (256 milhões de bytes) para 1 TB de espaço de armazenamento. Os laptops geralmente usam unidades de estado sólido (SSDs) porque são mais rápidos, mais leves e não contêm partes móveis, diminuindo a probabilidade de falhas devido ao impacto. Para a mesma quantidade de armazenamento, os SSDs são geralmente mais caros que os discos rígidos. Recentemente, alguns SSDs foram lançados nessa interface com a placa-mãe através do slot de barramento PCIe (PCI Express) usando um sistema chamado NVMe. Esses SSDs provaram ser ainda mais rápidos em tempos de leitura / gravação do que os tradicionais SSDs SATA.
Cabeças magnéticas são responsáveis pela leitura e gravação de dados, que são fisicamente armazenados em um conjunto de discos revestidos magneticamente empilhados um sobre o outro - referido como um prato. As cabeças estão localizadas no final de uma armadura. Os discos interiores do prato têm duas cabeças em um único braço. Isso permite que os dados sejam acessados de ambos os discos, abaixo e acima do braço. Os discos superior e inferior do prato só têm uma cabeça no final de um braço. Na extremidade oposta do braço há um atuador. Ele fornece movimento do braço para viajar do centro do prato, o fuso, para as regiões mais externas do prato. O tempo necessário para colocar a cabeça na localização concêntrica correta é chamado de tempo de busca. Uma vez que a cabeça esteja na posição espacial concêntrica correta, mais tempo é gasto esperando que o disco gire de tal forma que o setor com os dados solicitados esteja abaixo da cabeça. Esse período de tempo é chamado de latência.
As cabeças estão posicionadas a apenas alguns nanômetros de distância dos discos rotativos. Diz-se que as cabeças "voam" acima do prato e, como tal, a distância entre a cabeça e o prato é referida como a "altura de voo". As cabeças são projetadas para nunca tocar os locais dos pratos que armazenam dados e são revestidos magneticamente. Se a cabeça "pousar" em um prato, tanto a cabeça quanto os setores dos discos podem ser destruídos, resultando em perda de dados (daí a frase "uma falha no disco rígido" ou "colisão na cabeça").
Os discos rígidos recuperam e armazenam dados de aplicativos a pedido da CPU. Isto é referido como operações de entrada / saída - IO para breve. Quando um programa em execução requer uma certa quantidade de dados, a CPU despacha uma instrução para que os dados sejam buscados no disco rígido. A leitura desse dado é uma operação de entrada (da perspectiva da CPU). O programa pode então executar uma computação que altera os dados e os resultados precisam ser armazenados de volta no disco rígido. A CPU solicita que os dados sejam gravados de volta na unidade. Este seria um exemplo de uma operação de saída (novamente, do ponto de vista da CPU).
O desempenho do disco rígido é medido principalmente por duas métricas principais: 1) tempo de resposta, que é o tempo necessário para concluir uma operação de leitura ou gravação e 2) IOPS, que é um acrônimo para 'Operações de entrada / saída por segundo'. Como o nome sugere, o IOPS é uma medida das operações de IO máximo em um segundo. O principal fator para alcançar o máximo de IOPS no menor tempo de resposta é a velocidade de rotação do disco rígido, medida em rotações por minuto (RPM). Velocidades rotacionais comuns são 5.400 RPM, 7.200 RPM, 10.000 RPM e 15.000 RPM (comumente notados como 5.4K, 7.2K, 10K e 15K). Discos rígidos com taxas de rotação mais altas (RPMs) terão mais passagem de propriedade do disco sob as cabeças para operações de E / S (leituras e gravações). Discos rígidos com taxas de rotação RPM mais baixas terão latências mecânicas muito maiores, uma vez que menos imóveis passam abaixo das cabeças.
Uma ferramenta simples para medir as métricas de desempenho do disco rígido é chamada IOMeter (ver link abaixo). O programa é muito leve e fácil de instalar. Quando estiver em funcionamento, várias variações diferentes de cargas de trabalho podem ser executadas para simular leituras e gravações de dados no disco. Esses dados são analisados e geram métricas para tempos de leitura / gravação, IOPS e outras métricas úteis. Os testes podem ser salvos para verificações consistentes e os dados podem ser facilmente analisados em uma tabela ou gráfico.
Os discos rígidos tendem a ser categorizados por caso de uso (capacidade ou desempenho). As estações de trabalho de escritório doméstico e de uso geral tendem a usar discos rígidos rotativos mais lentos (5,4K e 7,2K), o que é bom para armazenar fotos e arquivos do escritório. No entanto, bancos de dados grandes que suportam transações bancárias on-line, por exemplo, usam os discos rígidos 10K e 15K RPM mais rápidos, pois eles serão componentes em um servidor corporativo ou em um storage array. Há uma troca entre o desempenho e a capacidade de um disco rígido, no entanto. Por exemplo, o disco rígido de 15K de maior capacidade disponível atualmente é de apenas 600 GB, enquanto o disco rígido de maior capacidade para os discos de 5.4K e 7.2K RPM é de 10 TB. A unidade de 15 GB de 600 GB tem capacidade para 250 IOPS @ 3 ms de tempo de resposta (médias). Enquanto a unidade de 10 TB TB de 7,2 TB não mede IOPS em um determinado tempo de resposta, uma vez que não é otimizada nem destinada a casos de uso de desempenho centralizado em IOPS. Há também outras compensações no preço por GB, energia consumida e tamanho (2,5 "vs 3,5" polegadas).
Computadores armazenam dados e arquivos em discos rígidos para uso posterior. Como os discos rígidos têm partes móveis, leva muito mais tempo para ler um arquivo de um disco rígido do que de uma memória RAM ou cache na CPU. Você pode pensar em um disco rígido como um fichário: um local para armazenar coisas que não estamos usando no momento, mas precisam de mais tarde. Você não tem espaço suficiente em sua mesa para todos os seus papéis, então você armazena coisas que você não está usando agora mesmo no arquivo. Um computador faz exatamente isso. Ele mantém arquivos que está usando agora na RAM e arquivos que podem precisar ficar mais tarde no disco rígido. Embora a RAM tenha tempos de acesso e de resposta que são duas ordens de magnitude mais rápidos quando comparados aos discos rígidos, sua capacidade típica é de 1 a 2 ordens de magnitude a menos do que um disco rígido típico. Você pode colocar resmas de papel no arquivo, mas apenas alguns na sua mesa.
Os dados armazenados na memória RAM são considerados fugazes, enquanto os dados gravados em um disco rígido são persistentes. Ou seja, se a energia se apagar repentinamente, todos os dados que estavam na RAM serão perdidos e não estarão lá depois que a energia for restaurada e o computador for reinicializado. No entanto, os dados que foram gravados no disco rígido estarão lá quando a energia for restaurada. Por esse motivo, os sistemas operacionais e aplicativos modernos periodicamente gravam dados relacionados a sessões e aplicativos que estão atualmente em RAM no disco rígido. Dessa forma, se a energia acabar, apenas 10 minutos de dados serão inseridos em uma planilha recém-criada que estava sendo trabalhada por 3 horas antes da falta de energia e ainda não salva no disco rígido. Esses arquivos são geralmente denotados com um til e podem ser encontrados em um diretório temporário ou temporário ou possivelmente localizados em um diretório cego cujo conteúdo é chamado de arquivos ocultos.
Unidades de estado sólido (SSD)
Os drives de estado sólido usam circuitos integrados para armazenar dados. Portanto, um SSD não possui partes móveis como o HDD. Isso os torna menos suscetíveis a choques físicos, são executados silenciosamente e têm tempos de leitura / gravação mais rápidos, por não precisar localizar os dados fisicamente.
Geralmente, os SSDs são usados apenas como unidades de inicialização ou armazenamento para os aplicativos mais usados no computador de uma pessoa. Isso ocorre porque mesmo que seu preço tenha diminuído muito nos últimos anos, ainda é muito mais caro do que um disco rígido tradicional. Assim, os HDDs ainda são usados para armazenar grandes blocos de dados, como fotos e vídeos, ou em datacenters ou farms de servidores.