O que é um HDD?

Um HDD é uma unidade de disco rígido, pois utiliza pratos sólidos cobertos por uma película magnética para armazenar dados para uma variedade de dispositivos, daí a expressão «disco rígido» no seu nome. Estes dispositivos de armazenamento são utilizados em computadores desde a década de 1950 e continuam a ser utilizados atualmente, embora em escala muito menor para dispositivos de consumo do que nas décadas anteriores, devido ao surgimento das unidades de estado sólido como substitutas mais rápidas.

Os discos rígidos são dispositivos não voláteis, o que significa que podem armazenar dados mesmo quando não há energia a alimentar a unidade. Isto é o oposto da memória do PC, também conhecida como DRAM, que é volátil e requer energia para armazenar dados.

Os principais componentes de um HDD são os pratos de metal ou cerâmica cobertos por uma película magnética que armazena os dados e as cabeças de leitura/gravação que pairam sobre a superfície dos pratos e transferem os dados de e para o sistema anfitrião. Essas cabeças de leitura/gravação são utilizadas em todas as superfícies dos pratos de um disco rígido, pelo que normalmente se encontram em ambos os lados de um prato. Assim, se for uma unidade de 10 pratos, existem normalmente 20 cabeças de leitura/gravação. Estas minúsculas cabeças de leitura/gravação estão ligadas a braços atuadores que se estendem sobre os pratos a partir da base da unidade, onde um pequeno motor controla o seu funcionamento. Os pratos magnetizados são normalmente referidos como «meios», uma vez que podem armazenar dados.

A principal vantagem de um disco rígido é que ele pode armazenar uma grande quantidade de dados a um custo muito baixo, o que o tornou o tipo de armazenamento padrão para computadores nos últimos 60 anos. Atualmente, eles ainda são amplamente utilizados em todo o mundo, mas cada vez mais em ambientes empresariais, como centros de dados e servidores, devido à sua capacidade de armazenar grandes quantidades de dados a um custo muito baixo em comparação com as unidades de estado sólido.

Quando os dados são solicitados ao sistema anfitrião, como quando uma pessoa navega até uma pasta e clica duas vezes num ficheiro ou pasta, o braço do atuador com as cabeças de leitura/gravação é movido para a posição sobre o prato giratório onde esse dado específico está localizado, e o pequeno pedaço de dados é lido pela unidade e enviado para o sistema anfitrião.

Quando os dados estão a ser gravados na unidade, o processo é o mesmo, mas na ordem inversa, em que o braço se move para uma área vazia e a cabeça de leitura/gravação adiciona novos dados ao disco ou grava sobre os dados que foram marcados para eliminação.

Os dados nos pratos são armazenados no que é chamado de «bit», que se assemelha a um grão de arroz microscópico. As cabeças de leitura/gravação são capazes de criar campos magnéticos com os bits nos pratos, com uma extremidade do bit sendo o Polo Norte e a outra extremidade sendo o Polo Sul, e essa orientação representa o estado binário de cada bit no disco. A cabeça de leitura/gravação examina os campos magnéticos dos bits e os traduz em dados utilizáveis. Quando os dados estão a ser gravados, as cabeças de leitura/gravação podem magnetizar determinadas áreas do disco, invertendo os bits para um estado para cima ou para baixo, formando a base binária de todos os dados.

O bit é a menor unidade de dados num disco rígido, e 8 bits formam um byte, depois 1.000 bytes são um kilobyte, mil kilobytes são um megabyte, e cada agrupamento de 1.000 unidades leva a um gigabyte, terabyte, petabyte e assim por diante. No seu conjunto, é assim que medimos a capacidade total de um disco rígido, que hoje em dia é medida em terabytes.

Os discos rígidos caíram em desuso nos dispositivos de consumo devido ao advento das unidades de estado sólido, ou SSD, que, como o nome indica, não possuem peças móveis. Essa ausência de peças móveis torna-os muito mais rápidos do que uma unidade com um prato giratório, pois não é necessário esperar que a cabeça de leitura/gravação se posicione, e o tempo de «busca», que é o tempo que leva para reposicionar a cabeça, é inexistente em um SSD, uma vez que não há peças móveis.

A maioria, senão todos os gargalos de desempenho que existem nos discos rígidos devido ao seu design, não existem nos SSDs, tornando-os muito mais rápidos do que os HDDs, além de muito mais confiáveis, pois podem ser batidos e sacudidos sem preocupação de que a cabeça de leitura/gravação «bata» no prato, o que pode danificar um disco rígido. A desvantagem é que os SSDs ainda são muito mais caros do que os HDDs, razão pela qual os centros de dados e servidores ainda dependem de discos rígidos para armazenar grandes quantidades de dados, pois fazer isso com SSDs ainda é proibitivo em termos de custos.

Apesar de os discos rígidos não serem muito utilizados em dispositivos de consumo atualmente devido às inúmeras vantagens dos SSDs, eles ainda são maravilhas da engenharia moderna. Por exemplo, as cabeças de leitura/gravação devem flutuar sobre os pratos giratórios sem nunca tocá-los, mas estar próximas o suficiente para manipular os dados no disco, de modo que a distância entre a cabeça e o prato é de aproximadamente 3 a 5 nanómetros, o que é tão fino quanto uma impressão digital humana ou a altura de vários fios de ADN humano empilhados uns sobre os outros. Para contextualizar, a largura de um único fio de cabelo humano é de 80 000 nanómetros.

O que é ainda mais surpreendente é que a rotação dos pratos é o que proporciona o fluxo de ar para que a cabeça «voe» acima do prato, sendo capaz de flutuar a uma distância impossivelmente pequena, apesar da turbulência causada pelo disco a girar diretamente abaixo dela, geralmente a velocidades de até 7.200 rotações por minuto, ou 120 rotações por segundo.

Apesar do seu desempenho relativamente lento, a engenharia e a precisão envolvidas num disco rígido moderno são impressionantes, pelo menos para nerds como nós (e talvez para si).