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Categoria: Sistemas Operacionais

Atualização: Quinta, 03 Abril 2008 14:31

Autor: vovó Vicki

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MÓDULO 5 do SO Numaboa

Existem dois motivos principais para darmos uma olhada nos discos do computador, tanto disquete quanto HD. O primeiro é que são os meios de armazenamento mais utilizados e que precisam ser gerenciados pelo sistema operacional. O segundo é que, para preservar a integridade do sistema operacional instalado na sua máquina, todos os testes com sistemas operacionais que viermos a projetar serão realizados a partir de disquete.

Neste tutorial revisaremos a estrutura e a organização de discos, além da forma como as informações são transferidas para os discos e como são obtidas deles.

Conceitos básicos

A tecnologia de gravação mais usada é a magnética, baseada em materiais que podem ser magnetizados (como o óxido de ferro e outros). Esta tecnologia foi usada inicialmente para a gravação de sons e depois adaptada para a gravação digital que os computadores exigem.

A superfície do disco, recoberta com uma fina camada de material magnetizável (quanto mais fina, melhor), é tratada como uma matriz de pontos. Cada ponto é considerado como um bit que pode ser definido como o equivalente magnético de 0 ou 1. Como a posição dos pontos não é determinada com precisão, o esquema de gravação envolve algumas marcas de orientação. Estas marcas são um dos motivos pelos quais um disco precisa ser formatado antes de poder ser utilizado.

Os discos, ao contrário das fitas que têm uma leitura/gravação linear, proporcionam acesso rápido por dois motivos: rotação e movimentação do cabeçote. Com a rotação, qualquer parte da circunferência do disco passa rapidamente por qualquer ponto determinado. A movimentação do cabeçote no sentido centro-borda aumenta ainda mais sua velocidade de acesso.

As trilhas

A superfície dos discos é dividida em círculos concêntricos, as chamadas trilhas. Cada trilha é numerada, começando pelo círculo mais externo que recebe o número 0 (zero). O disquete de 1.44 Mb, por exemplo, possui 80 trilhas; os HDs costumam ter de 500 a mais de 1000 trilhas, dependendo do modelo. É bom lembrar que o perímetro da trilha 0 (a primeira e mais externa) é bem maior que o perímetro da trilha 79 (a última e mais central).

A maioria das pessoas imagina que as trilhas cubram toda a superfície do disquete, mas não é bem assim. Basta fazer umas continhas sabendo que o disquete de 3.5 polegadas com capacidade para armazenar 1.44 Mb grava dados na proporção de 135 trilhas por polegada, ou seja, poderia gravar cerca de 470 trilhas (135x3.5=472.5). Como existem 80 trilhas, a superfície que elas ocupam corresponde apenas a cerca de 0.6 polegadas, algo em torno de 1.5 cm dos 8.4 cm de superfície total.

Os setores

Cada uma das trilhas é dividida em porções menores - os setores. O tipo de disco determina o número de setores por trilha. O disquete de 3.5 polegadas e 1.44 Mb tem 18 setores por trilha e os HDs, novamente, podem ter números diferentes de setores dependendo do modelo, além de poderem possuir mais setores nas trilhas mais externas.

Os setores também são numerados. Os setores 0 (zero) de cada trilha estão reservados para identificação ao invés de armazenamento de dados. Os setores têm sempre um tamanho fixo, que pode ser de 128 a 1024 bytes. O tamanho mais utilizado é de 512 bytes. Toda leitura e gravação é feita em termos de setores completos, mesmo que os dados ultrapassem um setor e ocupem parcialmente o seguinte.

As faces

Nada impede que as duas faces de um disco sejam utilizadas para armazenar dados. Deste modo, os chamados dupla face possuem o lado 0 e o lado 1. É óbvio que, neste caso, existam também dois cabeçotes. Alguns HDs possuem um "sanduiche" de discos. Neste caso, os lados são numerados sequencialmente: lados 0 e 1 (do disco 1), lados 2 e 3 (do disco 2) e assim sucessivamente.

Os cilindros

O conjunto de trilhas com a mesma distância do centro em cada face do disco é chamado de cilindro. Imagine um HD com 3 discos de dupla face superpostos. Neste caso, existem 6 lados, numerados de 0 a 5. As trilhas de todas as faces ficam alinhadas na vertical, como se formassem tubos concêntricos. Cada um destes tubos é o chamado de cilindro. Em outras palavras, um cilindro inclui uma trilha de cada uma das superfícies. Em um disquete, um cilindro sempre consiste de duas trilhas correspondentes, uma de cada lado.

Calculando a capacidade bruta

Para calcular a capacidade bruta de qualquer disco basta fazer algumas multiplicações. Tomemos como exemplo um disquete dupla face com 80 trilhas por lado e 18 setores por trilha. Inicialmente multiplica-se o número de lados pelo número de trilhas por lado: 80 x 2 = 160. Depois se multiplica o resultado pelo número de setores por trilha: 160 x 18 = 2880. Finalmente, multiplica-se o resultado pelo número de bytes por setor (512 bytes = 0.5 Kb): 2880 x 0.5 = 1440 Kb = 1.44 Mb.

O espaço disponível não será utilizado na sua totalidade para o armazenamento de dados porque existem os setores 0 (zero), por exemplo, utilizados para identificação.

Controladoras de disco

No tutorial Processadores vimos que os processadores compartilham informações com periféricos através de portas. As unidades de disco não são uma exceção: também "conversam" com o processador através de portas. Esta interface são as portas de controladora ou placas de controladora. As placas de controladora, hoje em dia, são muito raras - são usadas para HDs tipo SCSI, por exemplo.

A CPU nunca acessa diretamente uma unidade de disco, por melhor que seja a interface. O elemento intermediário é a memória. Quando o processador precisa de algum dado existente em disco, ele sinaliza o número da porta no barramento e o disco envia o solicitado para a posição de memória especificada. Quem é que gerencia este processo? A controladora.

As controladoras evoluíram muito. Passaram pela IDE (também chamada de porta ATA), pela Enhanced IDE e chegaram à SCSI. A SCSI é uma excelente opção para interfaces de disco porque ele é mais um barramento do que uma simples interface. Uma porta SCSI pode interligar periféricos em estrela a partir de uma única placa de interface e estes periféricos não precisam necessariamente ser unidades de disco.

Formatação física e formatação lógica

A formatação de um disco divide-se em duas partes: a formatação física e a formatação lógica. A formatação física, também chamada de baixo nível, envolve a criação de setores físicos no disco. Os setores são criados completos, com marcas de endereçamento e com a porção de dados estabelecida e preenchida com dados fictícios.

A formatação lógica é a conversão de um disco para os padrões do sistema operacional. Quando o disco é formatado para o DOS, por exemplo, cria-se nele uma estrutura que o DOS possa percorrer e compreender. Ou seja, quem manda na formatação lógica é o sistema operacional e o disco acaba sendo "propriedade" deste sistema operacional.

Tanto no DOS, quanto em outros sistemas operacionais, o primeiro setor da primeira trilha da face zero fica reservado para o boot: é o chamado registro de partida ou setor de boot. Neste setor fica um pequeno programa, cuja única finalidade é carregar o sistema operacional na memória.

Curiosidade

Você sabe de onde vem o termo "boot"? Ele se origina da expressão "pulling oneself up by the bootstraps", que significa "por-se de pé puxando os cordões das próprias botas". É como o sistema operacional é erguido