Memória Externa

Memória Externa

1. memória externa é um tipo de dispositivo de armazenamento de dados para um computador que é mantido fora do computador em sua própria caixa. Dispositivos de armazenamento de memória externos podem variar em capacidade de apenas 56 kilobytes (KB) a mais de um terabyte (TB).

   • Disco magnético
     • Principais Pontos
       • Os discos magnéticos continuam sendo os componentes mais importantes da memória externa. Tanto os discos removíveis quanto os fixos, ou rígidos, são usados em sistemas que vão desde desde computadores pessoais a mainframes e supercomputadores.
       • Para conseguir maior desempenho e maior disponibilidade, servidores e sistemas de grande porte utilizam tecnologia de disco RAID. RAID é uma família de técnicas para utilização de múltiplos discos como um array paralelo de dispositivos de armazenamento de dados, com a redundância embutida para compensar a falha futura.
       • A tecnologia de armazenamento óptico tem se tornado cada vez mais importante em todos os tipos de sistemas de computador. Embora CD- -ROM tenha sido bastante usada por muitos anos, tecnologias mais recentes, como CD e DVD regraváveis, estão se tornando cada vez mais importantes.
     • Um disco é um prato circular construída de material não magnético, chamado de substrato, coberto com um material magnetizável. Tradicionalmente, o substrato tem sido alumínio ou um material de liga de alumínio. Mais recentemente, foram introduzidos substratos de vidro. O substrato de vidro apresenta diversos benefícios.
       • Melhoria na uniformidade da superfície do filme magnético, aumentando a confiabilidade do disco. - Redução significativa nos defeitos gerais da superfície, ajudando a reduzir os erros de leitura-gravação. - Capacidade de aceitar alturas de voo mais baixas (descritas mais adiante). - Melhor rigidez, para reduzir a dinâmica do disco. - Maior capacidade de suportar choque e danos.
     • Leitura magnética e mecanismos de gravação - Os dados são gravados e, mais tarde, recuperados do disco por meio de uma bobina condutora, chamada cabeça; em muitos sistemas, existem duas cabeças, uma de leitura e uma de gravação. Durante uma operação de leitura ou gravação, a cabeça fica estacionária, enquanto a placa gira por baixo dela.
     • A cabeça é um dispositivo relativamente pequeno, capaz de ler e escrever em uma parte do prato girando por baixo dela. Isso sugere a organização dos dados no prato em um conjunto concêntrico de anéis, chamados de trilhas. Cada trilha tem a mesma largura da cabeça. Existem milhares de trilhas por superfície.
     • Características físicas - As principais características que diferenciam entre os diversos tipos de discos magnéticos. Primeiro, a cabeça pode ser fixa ou móvel com relação à direção radial do prato. Em um disco com cabeça fixa, existe uma cabeça de leitura-gravação por trilha. Todas as cabeças são montadas em um braço rígido que cobre todas as trilhas; esses sistemas são raros hoje. Em um disco com cabeça móvel, há somente uma cabeça de leitura- -gravação. Novamente, a cabeça é montada em um braço. Como a cabeça precisa ser capaz de ser posicionada em acima de qualquer trilha, o braço pode ser estendido ou retraído para essa finalidade.
     • Parâmetros de desempenho de disco
       • Quando a unidade de disco está operando, o disco está girando em velocidade constante. Para ler ou gravar, a cabeça precisa ser posicionada na trilha desejada e no início do setor desejado nessa trilha. A seleção de trilha envolve mover a cabeça em um sistema de cabeça móvel ou selecionar eletronicamente uma cabeça em um sistema de cabeça fixa. Em um sistema de cabeça móvel, o tempo gasto para posicionar a cabeça na trilha é conhecido como tempo de busca (seek time).
       • De qualquer forma, quando a trilha é selecionada, o controlador de disco espera até que o setor apropriado fi que alinhado com a cabeça. O tempo gasto até que o início do setor alcance a direção da cabeça é conhecido como atraso rotacional, ou latência rotacional. A soma do tempo de busca, se houver, com o atraso rotacional é igual ao tempo de acesso, que é o tempo gasto para o posicionamento para leitura ou gravação. Quando a cabeça está na posição, a operação de leitura ou gravação é então realizada enquanto o setor se move sob a cabeça; essa é a parte de transferência de dados da operação; o tempo necessário para a transferência é o tempo de transferência
   • RAID
     • O que é? - RAID (redudant array of idependent disks) é um conjunto de discos, vistos como um uma única unidade lógica. São distribuídos pelos discos físicos de um array em um sistema chamado intercalação de dados(striping). É usada para armazenar informações de simetria, garantindo a facilidade de recuperação de dados em caso de perca.
       • O que são arrays? Um espaço na memória para o armazenamento e organização de dados.
     • Níveis de RAID
       • RAID 0: Não é um membro verdadeiro da familia RAID, pois não possui atributos para melhoria de desempenho, mas possui um baixo custo que influência bastante; os dados do usuário ficam armazenados por discos no array, isso se torna uma vantagem pois uma E/S consegue realizar operações em paralelo, reduzindo assim o tempo de enfileiramento. Assim como em todas os outros níveis de RAID, os dados são intercalados pelos discos disponíveis, e são vistos pelos discos lógicos, os discos lógicos são dividios em strips, um conjunto consecutivos de strips em cada membro do array, é conhecido como stripe. Nesse nivel de raid é possivel a ultilização de SSD ou HD.
         • RAID 0 para altos níveis de transfêrencia de dados: O desempenho de qualquer um dos níveis de RAID depende dos padrões de solicitações do sistema principal e do layout dos dados, essa parte fica explicita na RAID 0, onde o impacto não interfere na análise. Para que uma possa haver uma alta taxa de transferência é necessário que haja uma grande capacidade de transferência durante o caminho inteiro entre a memória do sistema operacional e as unidades de discos individuais, incluindo barramentos controladores internos , barramentos E/S do sistema principal, adaptadores de E/S e barramentos de memória do sistema principal, o segundo requisito é que a aplicação deve fazer solicitações de E/S que controlam o array de disco de modo eficaz.
       • RAID 1: A redudância é obtida através do simples expediente de duplicar todos os dados, cada strip lógico é mapeado para dois discos físicos separados, de modo que cada disco do array tenha um disco espelhado. Existem diversos aspectos positivos da organização RAID 1:  Uma solicitação de leitura pode ser atendida por qualquer um dos dois discos que contenha os dados solicitados, aquele que envolver o mínimo de tempo de busca mais latência rotacional.  Uma solicitação de gravação requer que os dois strips correspondentes sejam atualizados, mas isso pode ser feito em paralelo. Nessa raid também é possível a ultilização de SSD ou HD, a diferença é que nesse nível é necessário pares de 2, 4 ou 6 discos.
         • Assim, o desempenho da gravação é ditado pela mais lenta das duas gravações (ou seja, aquela que envolve o maior tempo de busca mais latência rotacional). Porém, não existe uma “penalidade na gravação” com RAID 1. RAID níveis 2 a 6 envolvem o uso de bits de paridade. Portanto, quando um único strip é atualizado, o software de gerenciamento do array deve primeiro calcular e atualizar os bits de paridade, além de atualizar o strip real em questão.  A recuperação de uma falha é simples. Quando uma unidade falha, os dados ainda podem ser acessados pela segunda unidade.
           • A pricipal desvantagens do RAID 1 é o custo, pois ele requer o dobro do espaço em disco que a capacidade lógica a que ele dá suporte.
       • RAID 2: RAID níveis 2 e 3 utilizam uma técnica de acesso paralelo. No array com acesso paralelo, todos os discos membros participam na execução de cada solicitação de E/S. Normalmente, os eixos das unidades individuais são sincronizados de modo que cada cabeça de disco esteja na mesma posição em cada disco a qualquer instante. Embora RAID 2 exija menos discos que RAID 1, ele é bem mais caro. O número de discos redundantes é proporcional ao logaritmo do número de discos de dados. Em uma única leitura, todos os discos são acessados simultaneamente. Os dados solicitados e o código de correção de erro associado são entregues ao controlador do array.
       • RAID 3: e RAID 3 exige apenas um único disco redundante, não importa o tamanho do array de discos. RAID 3 emprega o acesso paralelo, com dados distribuídos em pequenos strips. Em vez de um código de correção de erro, um bit de paridade simples é calculado para o conjunto de bits individuais na mesma posição em todos os discos de dados. REDUNDÂNCIA No caso de uma falha de disco, a unidade de paridade é acessada e os dados são reconstruídos a partir dos dispositivos restantes. Quando a unidade que falhou for substituída, os dados que faltam podem ser restaurados na nova unidade e a operação continua. DESEMPENHO Como os dados são armazenados em strips muito pequenos, RAID 3 pode alcançar taxas de transferência de dados muito altas. Qualquer solicitação de E/S envolverá a transferência paralela de dados de todos os discos de dados.
       • RAID 4: Os RAIDs níveis de 4 a 6 utilizam uma técnica de acesso independente. Em um array de acesso independente, cada disco membro opera independentemente, de modo que solicitações de E/S separadas podem ser satisfeitas em paralelo. Por causa disso, arrays com acesso independente são mais adequados para aplicações que exigem altas taxas de solicitação de E/S, e são relativamente menos adequados para aplicações que exigem altas taxas de transferência de dados O RAID 4 envolve uma penalidade de gravação quando uma solicitação de gravação de E/S de pequeno tamanho é realizada. Toda vez que ocorre uma gravação, o software de gerenciamento do array precisa atualizar não apenas os dados do usuário, mas também os bits de paridade correspondentes.
       • RAID 5: AID 5 é organizado de uma forma semelhante ao RAID 4. A diferença é que RAID 5 distribui os strips de paridade por todos os discos. Uma alocação típica é um esquema round-robin, conforme ilustrado na Figura 6.8f. Para um array de n discos, o strip de paridade está em um disco diferente para os primeiros n stripes, e o padrão então se repete. A distribuição dos strips de paridade por todas as unidades evita o gargalo de E/S em potencial encontrado no RAID 4.
       • RAID 6: No esquema RAID 6, dois cálculos de paridade diferentes são executados e armazenados em blocos separados em discos diferentes. Assim, um array RAID 6 cujos dados do usuário exigirem N discos consiste em N + 2 discos. A vantagem de RAID 6 é que ele oferece uma disponibilidade de dados extremamente alta. Três discos teriam que falhar dentro do intervalo de tempo médio para reparo (MTTR, do inglês meantime to repair) para que os dados fossem perdidos. Por outro lado, RAID 6 exige uma penalidade de gravação substancial, pois cada gravação afeta dois blocos de paridade
   • Memória óptica
     • Como funciona o armazenamento óptico?
       • O armazenamento óptico consiste na leitura de dados através de um laser de alta precisão disparado sobre a superfície da mídia. Alguns exemplos são os CD's (Compact Disc) feito com policarbonato, DVD's (Digital Versatile Disc) e Blu-Rays.
   • Fita magnética
     • Fita magnética (ou banda magnética) é uma mídia de armazenamento não-volátil que consiste em uma fita plástica coberta de material magnetizável. A fita pode ser utilizada para registro de informações analógicas ou digitais, incluindo áudio, vídeo e dados de computador.
     • Gravação Paralela - os dados na fita são estruturados como uma série de trilhas paralelas no sentido do comprimento da fita. Os sistemas de fita mais antigos normalmente usavam nove trilhas. Isso possibilitava o armazenamento de dados um byte de cada vez, com um bit de paridade adicional sendo a nona trilha. Isso foi substituído por sistemas de fita usando 18 ou 36 trilhas, correspondendo a uma palavra ou dupla palavra digital. A gravação de dados dessa forma é conhecida como gravação paralela.
     • A gravação Serial: e utilizada pela maioria dos sistemas modernos, onde os dados são dispostos como uma sequência de bits ao longo de cada trilha, como é feito com os discos magnéticos. Assim como o disco, os dados são lidos e gravados em blocos contíguos, chamados registros físicos, em uma fita. Os blocos na fita são separados por lacunas conhecidas como lacunas entre registro. Assim como o disco, a fita é formatada para auxiliar na localização dos registros físicos.
     • Gravação em Serpentina: E a técnica de gravação típica usada nas fitas seriais. Nessa técnica, quando os dados estão sendo gravados, o primeiro conjunto de bits é gravado ao longo de toda a extensão da fita. Quando o final da fita é alcançado, as cabeças são reposicionadas para gravar uma nova trilha, e a fita novamente é gravada em sua extensão completa, desta vez na direção oposta. Esse processo continua, indo e voltando, até que a fita esteja cheia. Para aumentar a velocidade, a cabeça de leitura-gravação é capaz de ler e gravar uma série de trilhas adjacentes simultaneamente (normalmente, duas a oito trilhas). Os dados ainda são gravados de forma serial ao longo das trilhas individuais, mas os blocos em sequência são armazenados em trilhas adjacentes.
     • Gravação Serial: A maioria dos sistemas modernos utilizam esse tipo de gravação, onde os dados são dispostos como uma sequência de bits ao longo de cada trilha, como é feito com os discos magnéticos. Assim como o disco, os dados são lidos e gravados em blocos contíguos, chamados registros físicos, em uma fita. Os blocos na fita são separados por lacunas conhecidas como lacunas entre registro. Assim como o disco, a fita é formatada para auxiliar na localização dos registros físicos.
     • Obs:
       • A fita magnética foi o primeiro tipo de memória secundária. Ela ainda é muito usada como o componente mais lento e de mais baixo custo da hierarquia de memória.
   • leituras Recomendas e Sites Web
     • Jacob, Ng e Wang (2008) oferecem exposição consistente sobre discos magnéticos .
       • Mee e Daniel (1996) focalizam as técnicas de armazenamento de dados para sistemas de disco e fita;
         • Um excelente estudo sobre tecnologia RAID, escrito pelos inventores do conceito RAID, é Chen et al.(1994 ) .
           • Uma boa comparação de desempenho das arquiteturas RAID é Chen e Towsley (1996) .
             • Rosch (2003 ) oferece uma visão abrangente de todos os tipos de sistemas de memória externos, com alguns de detalhes técnicos sobre cada um
     • Optical storage Technology Association: boa fonte de informações sobre tecnologia e vendedores de armazenamento óptico, mais uma extensa lista de links relevantes.
       • LTo site Web: oferece informações sobre a tecnologia LTO e vendedores licenciados.