Aula 4 – Dispositivos de Armazenamento - Site SIEP-PE - IFPE

Aula 4 – 

Dispositivos de Armazenamento 

Anderson L. S. Moreira 

anderson.moreira@recife.ifpe.edu.br 

http://dase.ifpe.edu.br/~alsm 

Anderson Moreira Arquitetura de Computadores 1

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• Refazer 

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Latest update: 28 de Fev de 2011, 

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Anderson Moreira Arquitetura de Computadores

Introdução 

• Dispositivos de armazenamento 

em disco (HDD, disquetes, CD- 

ROM, BD-ROM, etc) são meios 

permanentes de 

armazenamento e recuperação 

de dados; 

• Unidades acionadoras de discos 

(device drivers) são periféricos 

de E/S; 

• Geralmente as mídias mais 

caras tendem a ser as mais 

rápidas e também as de menor 

capacidade, exceto se forem 

algum lançamento, como no 

caso do Blu-ray. 


Exemplos 

Fita magnética 

• Mídia muito popular para cópias de segurança de dados, os 

chamados backups; 

• Normalmente as fitas saem de fábrica ainda virgens, ou seja, como 

são fitas de plástico flexível recobertas de íons de um óxido que seja 

composto com ferro ou com cromo, uma vez ordenados, estes 

armazenam informações tanto analógicas quanto digitais; 

• Essas fitas saem de fábrica com os íons desordenados na forma 

como foram aplicados no material, daí serem chamadas “virgens”. 

Quando formatados e sem dados ganham ordenamento. 


Exemplos 

Discos Magnéticos 

• Essa categoria conta com uma subdivisão especial, têm-se os Discos 

Fixos ou discos rígidos porque seu material interno normalmente é 

alumínio; 

• Outra categoria são os discos flexíveis, os populares disquetes, são 

tidos como flexíveis porque são feitos do mesmo material da fita 

magnética. 

Disco Rígido 

– São componentes internos do computador formados por uma 

série de discos empilhados sobre o mesmo eixo. Cada disco 

aceita gravações em ambas as faces, normalmente são feitos em 

duas camadas, onde a primeira é conhecida como substrato, 

normalmente alumínio, e a segunda, de material magnético para 

poder receber as gravações. 


Exemplos 

Disco Rígido (continuação) 

– A camada magnética é extremamente fina, e deve ser 

recoberta por uma finíssima camada protetora, que 

oferece alguma proteção contra pequenos impactos; 

– O braço que movimenta as cabeças que fazem leituras e 

escritas no disco move-se a uma distância inferior a 

espessura de um fio de cabelo da superfície do disco. Este 

por sua vez gira muito rápido, a caixa onde tudo está 

montado é fechada; 

– Isso garante uma pequena flutuação dos íons que contêm 

os dados gravados, portanto, as cabeças não chegam a 

tocar efetivamente no disco. 


Exemplos 

Disco Rígido (continuação) 

– Os discos são montados em um eixo também feito de alumínio, 

que deve ser sólido o suficiente para evitar qualquer vibração 

dos discos, mesmo a altas rotações. Finalmente, o motor de 

rotação é responsável por manter uma velocidade constante; 

– Enquanto o disco rígido está desligado, as cabeças de leitura 

ficam numa posição de descanso, longe dos discos magnéticos. 

Elas só saem dessa posição quando os discos já estão girando à 

velocidade máxima; 

– Para prevenir acidentes, as cabeças de leitura voltam à posição 

de descanso sempre que não há 

Anderson Moreira Arquitetura de Computadores 

dados sendo acessados, apesar 

dos discos continuarem girando. Vibrações, faltas de energia 

durante acessos, transportar o computador funcionando mesmo 

que por uma distância muito pequena são fatores que 

contribuem para o surgimento de defeitos, pois são situações 

onde as cabeças estão se movimentando sobre o disco e podem 

tocá-lo provocando arranhões irreparáveis em sua superfície.

Exemplos 


Exemplos 

� 

Atuador eletromagnético (voice coil) → Muito mais rápido e 

confiável que os modelos antigos. Recolhem automaticamente as 

cabeças e não requer manutenção; 

� Necessita de uma realimentação (servo controle) a fim de 

permitir seu posicionamento preciso na superfície 

magnética 

� Tipos de servo motores: 

� Cunha (edge): a informação é gravada uma vez a cada 

trilha e permite que o atuador realimente-se uma vez a 

cada rotação; 

� Embutido: a informação é gravada antes de cada setor e 

permite várias realimentações a cada rotação; 

� Dedicado: um dos lados (superfície) de um dos discos é 

totalmente utilizado para continuamente disponibilizar a 

informação de posicionamento. (atuais) 


Exemplos 

DISCOS ÓPTICOS 

� 

� 

� 

A gravação de um CD dá-se em forma de espiral, começando 

do centro para a borda; 

Um laser de alta potência faz pequenos sulcos na espiral 

conhecidos como PITs. Os locais onde a espiral não é marcada 

pelos pits são conhecidos como LANDs; 

Existem diversos formatos de gravação de CDs, os mais 

populares são o CD de áudio, que segue o chamado padrão 

RED BOOK; tem-se ainda o CD de dados padrão YELLOW BOOK, 

que não aceita multisessão, ou seja, a gravação tem que 

acontecer de uma vez só. Além desses, outros padrões são 

bastante populares tais como: o GREEN BOOK, que criou o CD 

interativo; o ORANGE BOOK, criou o cd multisessão, aquele que 

pode ser gravado “aos poucos” 


e também passou a ser possível 

usar o CD regravável e finalmente o WHITE BOOK, que tornou 

possível gravar VCD.

Exemplos 

DISCOS ÓPTICOS (continuação...) 

� 

� 

� 

A mudança principal do DVD em relação ao CD é a 

proximidade dos pits que é maior. Com os dados gravados 

em densidade maior pode-se ter mais capacidade com o 

mesmo diâmetro de disco (em torno de 5 polegadas); 

Enquanto a capacidade de um CD está em torno de 700MB, 

os DVDs variam de 4,3GB até 17GB dependendo da 

tecnologia empregada na confecção da mídia. 

Também estão disponíveis os mini-DVDs. Com capacidade 

em torno de 1,2GB, são o formato preferido pelas câmeras 

filmadoras que usam DVD como mídia de gravação. Porém 

seu uso também está condicionado à existência do sulco 

interno na gaveta do aparelho reprodutor ou do drive. 


Exemplos 

Esquema de gravação de um CD/DVD 

Fonte: próprio autor 


Exemplos 

Blu-ray 

� 

� 

� 

Os fabricantes conseguiram uma densidade de gravação ainda 

maior nessa nova mídia que funciona com um laser de cor 

azul (daí o nome de blu-ray); 

A capacidade de armazenamento subiu para algo entre 25GB 

e 50GB. Além de um enorme espaço para backup, essa mídia 

torna possível a gravação de filmes com ainda mais realismo 

em relação ao DVD; 

Portanto, essa mídia tende a ser um substituto natural do 

DVD para os próximos anos. 


Estrutura básica 

� Discos possuem como meio de leitura e escrita as cabeças de 

leitura magnética; 

� Nada mais é que um eletroímã de grande precisão, desloca-se a 

uma distância mínima sobre a superfície magnética em rotação, num 

movimento semelhante ao da agulha de um antigo toca discos; 

� Porém não tem contato com o disco como nos toca fitas. Os 

movimentos são lineares e discretos extremamente curtos; 

� Em disquetes utilizam motores de passo e em discos rígidos voice 

coil; 


Estrutura 



� Cada passo discreto avançado pela cabeça determina uma trilha na 

superfície magnética, onde dados podem ser escritos e recuperados; 

� Se o disco apresentar mais que uma superfície e correspondente 

mais que uma cabeça, em cada superfície determina-se uma trilha; 

� Todas as cabeças são montadas sobre o mesmo braço e movem-se 

todas juntas. Recebe o nome disso de cilindro; 

� Como uma trilha pode armazenar quantidades grandes de dados, 

estas são divididas em setores; 

� Um setor pode conter um número variável de dados, embora a 

quantidade mais utilizada seja a de 512 bytes por setor. 




Fonte: próprio autor


� 

� 

� 

Domínios 

magnéticos 

Forma de onda 

de escrita 

Forma de onda 

de leitura 

Os dados binários são armazenados em meio magnético 

rearranjando-se os domínios magnéticos de forma a refletir os 

dados; 

Na operação de escrita, a passagem de corrente pela cabeça 

gera um campo magnético que é armazenado no meio; 

Na operação de leitura, variações no campo geram uma 

corrente na cabeça, indicando assim, pela presença ou ausência 

de transições magnéticas, qual informações foi originalmente 

escrita. 

S S N N S S N S N N S 





� Em qualquer forma de sinalização binária, a informação de tempo é 

fundamental; 

� Nas operações descritas no slide anterior, o tempo exato em que 

as operações ocorrem é crítico; 

� 

Caso de erro: 

� 

Uma seqüência de 10 zeros poderia ser erroneamente 

interpretada como 9 ou 11 do mesmo tipo. 

� Para evitar esse tipo de problema utiliza-se um sinal de relógio de 

sincronismo, que é combinado com o sinal de dados e armazenado 

junto na forma de um único sinal; 

� 

Podem ser de três tipos as codificações: 

� 

� 

� 

Codificação FM 

Codificação MFM 

Codificação RLL 


Estrutura básica – tipo de codificação 

� Codificação FM (Freqüência Modulada): Foi utilizada até o fim da década de 70. 

Reservava um igual número de transições tanto para dados como para relógio. 

Cada transição de relógio era seguida de um bit de dado, havendo uma transição 

para representar 1 e nenhuma transição para representar 0. 

Tipo de dado Codificação 

1 TT 

0 TN 

� Codificação MFM (Freqüência Modulada Modificada): foi desenvolvida para 

“enxugar” o modelo FM. Assim conseguia armazenar mais dados na mesma área. 

Diminui o número de transições de relógio. Só armazena transições de relógio 

quando um bit em zero é seguido de um outro em zero. Em todos os outros não é 

requerida. 

Bit de Dado Codificação 

1 NT 

0 precedido de 0 TN 

0 precedido de 1 NN 



� Codificação RLL (Comprimento de Tiragem Limitada): Esquema 

utilizado atualmente. Permite armazenar 50% a mais de informação 

em um disco que a codificação MFM e 150% a mais que a FM. Grupo 

de bits são combinados para gerar padrões específicos de transições 

de fluxo; 

� A codificação pode apresentar variações baseadas no menor e 

maior número de transições de dados permitidas entre duas 

transições de fluxo. Assim: 

� 

FM = RLL 0,1 

MFM = RLL 1,3 

As RLL podem ser do tipo RLL 2,7; RLL 3,9; RLL 1,7. 



Observe a tabela de acordo com a RLL 2,7 

Bits de Dados Codificação 

10 NTNN 

11 TNNN 

000 NNNTNN 

010 TNNTNN 

011 NNTNNN 

0010 NNTNNTNN 

0011 NNNNTNNN 



• Uma descrição gráfica pode ser descrita como 

• Observe que a taxa é a mesma nos três casos, mas a densidade de 

informações é diferente.Isso favorece que o armazenamento MFM é 

o dobro do FM e o RLL é o triplo do FM. Observe que os dados e o 

código de sincronismo do relógio (“c”) ocorrem no mesmo sinal. 



• Enquanto um setor apresenta tipicamente 512 bytes de dados, no 

disco armazena-se mais bytes; 

• Cada setor de dados é precedido de seu endereço, assim sendo um 

setor pode ser dito que contém dois campos, o de identificação e o 

de dados; 

• Cada um desses dois campos é precedido de 13 bytes em zero, a 

fim de permitir o sincronismo do relógio; 


Estrutura física 

• Discos e disquetes são organizados em cilindros, trilhas e setores; 

• Para que um determinado dado seja localizado esses itens devem 

ser numerados; 

– O número de cilindro começa com zero e cresce em direção ao 

centro do disco; 

– O número de cabeça (trilha) começa com zero. Existem tantas 

cabeças quanto superfícies magnetizadas no meio; 

– O número de setor é reiniciado em cada trilha e começa com um 

(1) e não com zero. 

• Qualquer posição no disco pode ser determinada pela tupla: 

• (c;t;s) 

onde, c � cilindro, t � trilha e s � setor. 

• Essa dupla é o endereço físico e é usada pela BIOS, para acessa 

dados em disco. 


Exercício 

1. Como é a forma de endereçamento de disco dos 

sistemas DOS? 

2. Quais as principais funções da BIOS? 

3. O que pode ser referenciado pela BIOS? 


Localização (revisão) 

• A numeração de cilindros (c), trilhas (t) e setores (s) é essencial por 

causa da localização; 

• O número de cilindro começa com zero e cresce em direção ao 

centro do disco; 

• O número da trilha (cabeça) começa com zero; 

• O número do setor é reiniciado em cada trilha e começa em um (não 

em zero!!); 

• Esse três números são a localização física e utilizado pela BIOS. 


Localização 

• O setor lógico zero corresponde ao setor da BIOS, ou seja, cilindro 0, 

trilha 0 e setor 1; 

• Antigamente esse setor ocupava apenas 16 bits depois passou a ter 

32 bits; 

• No geral: 

– bps: quantidade de bytes armazenados em um setor (512); 

– spt: número de setores por trilha; 

– ncb: quantidades de faces em um disco; 

– ncl: quantidade de cilindros do disco. 

• Dessa forma podemos intuir as seguintes fórmulas: 


Fórmulas de localização 

Setores em uma trilha = spt 

Setores em um cilindro = spt 

Setores em um disco = spt 

Bytes em um disco = spt 

x ncb 

x ncb 

x ncb 

x ncl 

x ncl 

x bps 

• Para leitura e escrita em setores da BIOS, utiliza-se a interrupção 

INT13H com os seguintes parâmetros: 

– AH: 2 para leitura e 3 para escrita; 

– AL: número de setores a serem lidos/escritos; 

– ES:RX: endereço a ser lido na memória; 

– CH: 8 bits menos significativos em um disco; 


Fórmulas de localização 

– CL: 2 bits mais significativos do cilindro e 6 bits de setor; 

– DH: número de trilha (cabeça); 

– DL: número do drive; 

– CF = 0 indica operação sem erros, CF = 1 indica erro. 

• Na BIOS um disco rígido limita-se a 1024 cilindros, 256 trilhas e 64 

setores. 

• Exercício rápido: 

– Considerando bps=512, qual o número de Kbytes em um disco? 

– Na restrição da BIOS, qual o número de bytes máximo que 

podemos ter? 


Organização lógica 

• Um disco possui a seguinte subdivisão: 

Setor lógico 0 

Último setor lógico 

• O setor de boot é 

Área reservada 

Tabela de alocação 

de arquivos (FAT) 

(2 cópias) 

Diretório raíz 

Área de arquivos 

(arquivos e subdiretórios) 

obrigatório em todo disco 


Setor de boot 

• O setor de boot é 

• Seu endereço DOS é 

o primeiro setor da área reservada; 

o endereço lógico 0; 

• Ele contém o bloco de parâmetros para a BIOS (BPB – BIOS Parameter 

Block), que descreve a partição do disco; 

• Contém um programa que inicia a carga do Sistema Operacional 

chamado de bootstrap. 

• O bootstrap pode existir ou não, caso exista ele é indicado pela 

assinatura 55H e AAH 

;************************************** 

[BITS 16] 

ORG 0 

INT 0x18 

TIMES 510-($-$$) 

DB 0 

DW 0xAA55 

;************************************** 


Setor de boot 


Cluster 

• É 

a menor quantidade de área alocada pelo sistema na área de disco; 

• Sempre que o sistema de arquivos precisa de espaço na área de 

dados para criar um arquivo ou sub-diretório este sempre usa um 

número inteiro de cluster; 

• O número de setores por cluster é sempre uma potência de dois; 

– Cluster pequeno = grande fragmentação de dados (fragmentação 

externa); 

– Cluster grande = espaço ociosos em disco, pois os arquivos 

ocupam pouco espaço do cluster (fragmentação interna); 


Tabela de alocação de arquivos (FAT) 

• A idéia é dividir tudo em cluster. Arquivos são alocados nessa área 

um cluster de cada vez; 

• A FAT é 

usada para encadear todo os clusters em um arquivo; 

• Uma entrada na FAT é 

– Um ponteiro para um cluster. 

usada para cada arquivos e contém: 

• As entradas 0 e 1 na FAT são reservadas (FAT ID), assim cluster 0 e 

1 não existem; 

• Os ponteiros podem ser de 12 ou 16 bits; 

• Obedecem a seguinte regra: 

– Ponteiro com valor 0 indica cluster livre; 

– Ponteiro com FF7H indica cluster ruim; 

– Ponteiro maior que FF7H indica fim de arquivo; 

– Ponteiros com valores diferentes com os acima indicam próximo 

cluster ocupado pelo arquivo em questão 


Tabela de alocação de arquivos (FAT) 


MBR (Master Boot Record) 

• O MBR é 

a ID da tabela de partição; 

• Ocupam apenas um setor de uma trilha, o restante dos setores desta 

trilha não são ocupados, permanecendo vazios, servindo como área 

de proteção do MBR; 

• É 

nesta mesma área que alguns vírus (Vírus de Boot) se alojam; 

• Como dito, no disco rígido existe um setor chamado Trilha 0, 

geralmente (só em 99.999% das vezes) está gravado o MBR; 

• É encontrada informações tipo: como está dividido o disco (no 

sentido lógico), a ID de cada tabela de partição do disco, qual que 

dará o boot etc... 

• O MBR é lido pelo BIOS, que interpreta a informação e em seguida 

ocorre o bootstrap que lê as informações de como funciona o 

sistema de arquivos e efetua o carregamento do Sistema 

Operacional. 


Exercícios 

1. 

Procure informações a respeito dos sistemas de arquivos EXT3 e 

NTFS. 


Bibliografia 

• Arquitetura de Computadores Pessoais, Raul Weber, 2ª edição; 

• Arquitetura de Computadores, Andrew S. Tannembaum, 8ª edição; 

• Fundamentos de Arquitetura de Computadores, Saib e Weber, 4ª 

edição; 


Dúvidas vidas 

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