Tecnologias de gravação de discos rígidos

Uma das metas no desenvolvimento de novos modelos de discos rígidos é o aumento da capacidade de armazenamento. Uma das técnicas utilizadas para aumentar esta capacidade é a melhoria na tecnologia de gravação magnética. Neste artigo, explicaremos a diferença entre as tecnologias existentes.

A maneira mais simples de aumentarmos a capacidade de um disco rígido é simplesmente aumentarmos o número de pratos (discos) dentro da unidade. Um disco rígido com dois pratos terá o dobro da capacidade de um com apenas um prato de mesma tecnologia, com três pratos triplicamos a capacidade, e assim sucessivamente.

Porém, chega um momento em que simplesmente não há espaço para adicionarmos mais pratos, pois estamos limitados ao tamanho físico máximo que a unidade de disco rígido pode ter.

Assim sendo, os fabricantes precisam aprimorar a densidade de gravação, isto é, aumentar a quantidade de dados que podem ser gravados em um mesmo espaço físico. Ao longo dos anos, várias técnicas diferentes foram sendo utilizadas para o aumento da densidade de gravação. A melhoria do composto magnético utilizado nos pratos, o aprimorando da forma com que este composto é aplicado sobre os pratos, a diminuição do tamanho das cabeças de gravação, o aprimoramento do sistema de rastreamento das cabeças e a diminuição do espaço entre as trilhas magnéticas são apenas alguns exemplos.

Uma dessas formas de aumento da densidade de gravação é a tecnologia de gravação em si.

Desde a invenção dos discos magnéticos até o ano de 2006, os dados eram gravados longitudinalmente sobre a superfície magnética dos pratos do disco rígido, isto é, os dados eram gravados “deitados”. A este método de gravação dá-se o nome LMR (Longitudinal Magnetic Recording, gravação magnética longitudinal).

A grande inovação ocorrida na tecnologia de gravação foi o desenvolvimento da gravação perpendicular, onde os dados são gravados “em pé” sobre a superfície magnética. Com isto, os dados ocupam menos espaço na horizontal da superfície do disco, fazendo com que mais dados possam ser armazenados, ou seja, temos uma maior densidade de gravação. De fato, um disco rígido usando gravação perpendicular consegue armazenar três vezes mais dados do que um disco rígido de gravação longitudinal de mesma geração. A gravação perpendicular é também conhecida como PMR (Perpendicular Magnetic Recording, gravação magnética perpendicular) e já explicamos a diferença entre estes dois métodos de gravação de forma detalhada em nosso artigo “Tecnologia de gravação perpendicular”.

Em 2014, uma nova técnica de aumento de densidade baseada na gravação perpendicular passou a ser utilizada em determinados modelos de disco rígido, denominada SMR (Shingled Magnetic Recording, gravação magnética em camadas). Com isto, a gravação perpendicular tradicional passou a ser conhecida como CMR (Conventional Magnetic Recording, gravação magnética convencional).

Na técnica SMR, há uma pequena sobreposição nas trilhas magnéticas. Como a cabeça de leitura é menor do que a cabeça de gravação, a cabeça de leitura consegue ler os dados mesmo com essa pequena sobreposição. Isso faz com que caibam mais trilhas na superfície magnética dos pratos, resultando em uma maior capacidade de armazenamento. De acordo com a Seagate, há um aumento de 25% na densidade de gravação com o uso da técnica SMR.

Quando dados são gravados, como há sobreposição na área da trilha adjacente, os dados desta outra trilha também precisam ser regravados. E a regravação dos dados desta outra trilha também afetam a próxima trilha, e os dados afetados desta outra trilha também precisarão ser regravados. E assim sucessivamente. Em teoria, todas as trilhas até o final do disco precisariam ser regravadas, o que faria com o que o disco rígido se tornasse extremamente lento!

Para que isto não aconteça, as trilhas são agrupadas em bandas, havendo um espaçamento entre as bandas. Assim, ao gravarmos dados em uma trilha, somente as trilhas seguintes dentro da mesma banda precisam ser regravadas. Ou seja, limita-se a quantidade de trilhas que precisam ser regravadas.

De qualquer forma, como você pode ver, há um desperdício de tempo regravando dados que já estavam armazenados anteriormente.

Para que este sistema não impacte o desempenho do disco rígido, discos rígidos SMR trazem uma área (as trilhas mais externas), que é utilizada como cache (isto é, uma área de transferência temporária) e usa gravação convencional.

Assim, ao enviar dados para serem gravados no disco rígido, tais dados são gravados primeiro nessa área que utiliza gravação convencional. Do ponto de vista do computador, os dados já foram gravados naquele momento, com desempenho similar ao de discos rígidos com gravação convencional (CMR).

A controladora presente no disco rígido vai, então, movendo os dados presentes na área de cache para os setores desejados e fazendo as regravações necessárias dentro de uma mesma banda.

Esse sistema de cache faz com que as regravações não afetem o desempenho do disco pois, como dissemos, do ponto de vista do computador, os dados já forem gravados. Pelo menos na maioria das situações.

O problema ocorre quando o computador envia uma grande quantidade de dados de forma ininterrupta para o disco rígido que ocupe toda a área de cache – por exemplo, na gravação de arquivos muito grandes. Quando o cache fica lotado de dados ainda não gravados nos setores de destino, o disco rígido precisa de um tempo para conseguir transferir dados daquela área para os setores internos, fazer as regravações de trilhas dentro daquela banda e liberar o espaço que aqueles dados estavam ocupando na área de cache. Nesta situação, novos dados a serem gravados não podem ser enviados ao disco rígido, e a taxa de transferência cai. Na prática, o usuário sente pausas e lentidão na gravação de dados.

Por conta disso, discos rígidos SMR não são recomendados para aplicações envolvendo a gravação de uma quantidade muito grande de dados ao mesmo tempo, como é o caso de servidores e máquinas para edição profissional de vídeo e fotos, pois a queda de desempenho e pausas serão perceptíveis. Para essas aplicações, opte por discos rígidos com gravação convencional (CMR). Por outro lado, para o usuário comum, não há qualquer demérito no uso de discos rígidos SMR.