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TRABALHO INTERDISCIPLINAR DIRIGIDO INSTITUTO POLITÉCNICO - Centro Universitário UNA
ESTUDANDO O DISCO RÍGIDO PARA A SUA REUTILIZAÇÃO ESTUDO DE CASO: REUTILIZAÇÃO DO MOTOR Curso: Engenharia de Computação
Professor TIDIR: Tiago Braga Ventura
Anderson Rabelo, Diego Wenceslau, Douglas Leonardo, Gladstony Simões, Jackson Miranda, Leonardo Machado, Mike Robert, Priscila de Oliveira
Resumo Este trabalho apresenta as funcionalidades e as características do disco rígido e seus componentes. A finalidade da apresentação das mesmas é de adquirir um conhecimento teórico necessário para que se possa reutilizar os componentes citados, em outros contextos, com os mesmos fins para que os mesmos foram destinados. O disco rígido é a caixa-preta do computador, onde pode ser registrado um simples número de telefone ou a foto de um amigo. Um dispositivo indispensável para gravar grandes números de informações, visto que o mesmo é um dos melhores recursos de memória em massa. Apesar de ter um funcionamento complexo abragendo várias áreas da ciência, sua funcionalidade consiste em apenas gravar e ler informações.
1. Introdução Os descartes de equipamentos resultam da rápida obsolescência de equipamentos eletrônicos (o que inclui televisores, aparelhos celulares, computadores, geladeiras e outros dispositivos). Tais resíduos, descartados em lixões, constituem-se num sério risco para o meio ambiente, pois possuem em sua composição metais pesados altamente tóxicos, tais como: mercúrio, cádmio, berílio
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chumbo. Em contato com o solo, estes produtos contaminam o lençol freático; se queimados, poluem o ar. Podemos encontrar diversos materiais preciosos em produtos eletrônicos tais como ouro, prata e paládio. Os computadores contêm cobre, estanho, gálio, índio e mais uma família inteira de metais únicos e indispensáveis e, portanto, de altíssimo valor. O índio, um subproduto da mineração do zinco, por exemplo, é essencial na fabricação dos monitores de tela plana, ou LCD, e de telefones celulares. Ele está presente em mais de um bilhão de equipamentos fabricados todos os anos. O ato de descartar um produto eletrônico pode ser o resultado de um equipamento que não funciona mais ou não pode ser consertado, o conserto é muito caro, não há peças para o conserto, ou simplesmente porque está tecnicamente obsoleto e é substituído por outro mais moderno. Em geral, o estímulo é maior para compra de um novo produto do que para a manutenção de um usado. Reutilizar significa tal como o próprio nome indica, utilizar de novo, dar uma nova utilidade a materiais que muitas vezes consideramos inúteis. A proposta de reutilização é usar esses equipamentos já obsoletos ou até mesmo que já não funcionam mais para novas funcionalidades, aproveitando assim o equipamento como um todo ou apenas seus componentes para gerar novos tipos de utilidades. O HD1 (disco rígido) por ser uma peça vital de um computador, tem se tornado uma das principais vítimas do avanço tecnológico. Por se tratar de uma peça de armazenamento o mesmo surge a cada dia com mais capacidade e velocidade na transmissão de dados. Sem ter onde ser descartado ou reaproveitado ele se torna um lixo eletrônico, que levaria muitos anos para se decompor perante a natureza. No presente trabalho será apresentado o disco rígido, enfatizando seus principais componentes, apresentando sua composição, suas características e funcionalidades, visando propor novas formas de reutilização para o mesmo.
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Ing. Hard Disk
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2.
Revisão Bibliográfica
A tecnologia de armazenamento de dados em discos magnéticos sofreu uma grande evolução desde o aparecimento do computador Ramac 305 pela IBM, que possuía uma unidade de armazenamento Ramac 350 (com peso médio de 1 tonelada), um pacote de 50 discos e capacidade de aproximadamente 4,4 MB. A figura 1 mostra as suas características físicas. O Ramac 350 possuía dois braços que se moviam para cima e para baixo para selecionar um disco; e para dentro e para fora para selecionar uma faixa de gravação. [2]
Figura 1: Disco de armazenamento Ramac 350
A unidade de armazenamento IBM 1301 foi anunciada em 02 de junho de 1961. Um grande avanço sobre o IBM 350 e IBM 1405 foi o lançamento da primeira cabeça de leitura deslizante nas superfícies de gravação, pois os discos anteriores não possuíam esta tecnologia. Isto eliminou o tempo necessário para o braço puxar a cabeça para fora de um disco e mover para cima ou para baixo para um novo disco. A primeira unidade de disco removível, isto é, que pode ser retirada e instalada em outro local, foi o IBM 1311, no qual era usado um pacote de 6 discos de armazenamento. O peso e o tamanho já eram bastante reduzidos. Em 1973, com a tecnologia Winchester , a IBM introduziu uma série de inovações que permitiram consideravelmente o número de "choques de cabeçote" (head crashes ) e, por outro lado, aumentar as densidades de gravação tanto de trilhas como de bits . Isso foi conseguido com aperfeiçoamentos nas tecnologias de cabeças de leitura/gravação, no mecanismo de posicionamento das cabeças e na diminuição da espessura da
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camada magnetizável do disco. Além disso, o disco, a cabeça e o mecanismo de posicionamento e o eixo motor do disco passaram a ficar em ambiente hermeticamente fechado. A figura 2 mostra as características dos componentes internos de um disco hermeticamente fechado.
Figura 2: Disco rígido IBM 3340- 5 MB a 10 MB – 197
Novos aperfeiçoamentos introduzidos pela IBM em seus sistemas de discos aumentaram ainda mais a densidade de gravação2. Utilizando métodos semelhantes aos usados na fabricação de semicondutores. As cabeças de filme fino permitiam registrar informações a uma densidade de 25 mil bits por polegada, quatro vezes mais que os discos anteriores. O aumento da densidade de informações para 25 mil bits por polegada não poderia existir sem uma evolução nos suportes magnéticos. Em 1982, era lançada uma nova geração de mídias que substituía o prato de alumínio com óxido férrico por um disco coberto por uma camada metálica de cobalto ou cromo. [3] Os discos rígidos foram criados originalmente para serem usados em computadores em geral. Entretanto, no século XXI, as aplicações para esse tipo de disco foram expandidas e agora são usados em câmeras filmadoras, tocadores de música como IPod e mp3 player , videogames, e até em celulares. Como exemplo de videogames pode-se citar o Xbox e PlayStation 3. Deve-se lembrar que atualmente o disco rígido não é só interno, existem também os externos, que possibilitam o transporte de grandes quantidades de dados entre computadores sem a necessidade de rede.
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O número de bits gravados por unidade de comprimento, área ou volume
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3. Materiais e métodos 3.1 Disco O disco é em geral feito de uma liga de alumínio revestido com um metal magnético e recebe um acabamento espelhado. O acionamento se dá por um pequeno motor elétrico (motor de passo) situado na parte inferior. 3.2 Motor dos Pratos O motor é constituído de aproximadamente treze pequenas bobinas que geram campo eletromagnético sobre um aro feito de imã, onde o choque de forças entre as polaridades produzem o movimento. É devido a sua arquitetura que o pequeno motor consegue arranque rápido e desempenho adequado. [4] É responsável pela rotação dos pratos, a alimentação deste é de 12 volts de corrente contínua. Em discos rígidos voltados para o mercado de desktops, o motor dos pratos gira a 5.400 RPM, 7.200 RPM (rotação por minuto) ou até mesmo 10.000 RPM, dependendo do modelo do disco rígido. Quanto maior for a velocidade de rotação do motor, maior será a velocidade com que os dados podem ser lidos dos pratos. Discos rígidos voltados para o mercado de notebooks geralmente possuem velocidade de rotação de 4.200 RPM. 3.3 Atuador (Voice-Coil) O atuador é chamado “voice coil ” porque ele utiliza o mesmo principio por trás dos alto-falantes: uma bobina dentro de um campo magnético gerado por um ímã . Dependendo da direção da corrente na bobina o braço move-se para um lado ou para o outro, e dependendo da intensidade da corrente, o atuador moverá mais ou menos. O braço tem o cabeçote de leitura e gravação na extremidade e pode girar em torno de um eixo de forma a varrer todas as trilhas úteis do disco.
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3.4 Cabeça de leitura e gravação A cabeça de leitura e gravação é um eletroímã. Sua polaridade é alternada constantemente em virtude da dinâmica do disco, com isso os pólos positivos e negativos das moléculas de óxido de ferro da superficie magnética, que são formados sobre o disco, também são alternados. Logo, de acordo com a direção dos pólos, temos um bit 3 0 ou 1 (código binário). A cabeça de leitura não toca na camada magnética. Quando os discos giram à alta rotação, forma-se uma espécie de colchão de ar (pois os discos são fechados hermeticamente, mas não há vácuo, existe ar dentro deles). [5] Um disco rigido pode conter mais de um disco, e normalmente há duas cabeças de leitura para cada disco (ou uma cabeça para cada face do disco) [6] . A Figura 3 apresenta o esquema para 3 discos e 6 cabeçotes.
Figura 3
Ou seja, existe uma cabeça de leitura/gravação para cada lado do disco que também é chamado de prato. As cabeças ficam montadas em um braço. Por isso, todas as cabeças movimentam-se juntas. 3.5 Placa Lógica Na placa lógica, se encontrará todos os circuitos responsáveis por controlar o disco rígido. Atualmente, com o alto grau de integração existente, serão encontrados apenas três ou quatro circuitos integrados grandes na placa lógica. O circuito maior é o controlador do disco rígido. Ele é responsável por controlar tudo: as trocas de dados entre o disco e o computador, o controle dos motores do disco rígido, o controle das cabeças para leitura e escrita dos dados, enfim, toda a funcionalidade lógica do sistema. 3
Simplificação para “Código Binário”
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O controlador4 não consegue suprir corrente suficiente para ligar ou mover os motores do disco rígido. Por isso, todos os discos rígidos usam um chip chamado “driver do motor”. Este chip é um amplificador de corrente. Outro chip principal que pode ser encontrado na placa lógica é o chip de Memória RAM (Random Access Memory ), também conhecido como buffer, responsável pelo armazenamento dos dados e instruções que o processador precisa para executar suas tarefas. Este chip tem uma importância crucial no desempenho do disco. Quando maior for a sua capacidade, maior será a taxa de transferência entre o disco e o computador. [7]
Figura 4: Placa lógica de um disco rígido ATA.
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Interdisciplinaridade
No processo de leitura e gravação do disco é possível ver aplicado os conhecimentos de Física, Geometria Analítica e Introdução à Engenharia. Visto que é utilizado o eletromagnetismo para que as informações sejam lidas e gravadas (Física). O endereçamento destes dados se dá por meio de coordenadas de um plano, que são as trilhas e os setores (GAAL5). Na alternância dos pólos da cabeça de leitura do disco e na obtenção dos bits 0 e 1, observa-se a presença de um sistema digital (Introdução à Engenharia).[8] Através da química foi possível compreender as escolhas dos materiais que compõem o HD, como por exemplo, o alumínio que é utilizado no disco. Este, por sua leveza, condutividade elétrica e resistência à corrosão e ao magnetismo, facilita 4
O controlador de disco é o circuito que permite que a unidade central de processamento se comunique com o disco rígido, unidade de disquete ou outro tipo de acionador de disco. 5 Geometria Analítica e Álgebra Linear
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tanto o movimento do disco como o processo que gera a leitura e gravação de dados; e também evita a perda de dados. Além da importância da reciclagem desses materiais, conforme citado, o descarte no solo gera danos ao meio ambiente e também à saúde humana.
5.
Resultados experimentais
A proposta de reutilização a ser feita, é a aplicação do motor do HD para a movimentação de uma cortina. O motor do disco rígido que fica em cima da cortina, é acionado por um controle remoto, abrindo-a tanto na horizontal quanto na vertical. Para o motor ser acionado é preciso montar uma placa eletrônica com resistores, transistores, fonte, controlador, fios e outros componentes. O motor do HD com todas as suas propriedades (página 5) pode ser reutilizado para esse fim, pois sua potência e força (dependendo do peso da cortina) são apropriados para tal função. Lembrando ainda que este método de reutilização pode reduzir consideravelmente o custo da cortina.
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Conclusão
Através deste artigo foi possível obter uma visão macrométrica das partes que compõem o disco rígido, interna e externamente. E concluiu-se que é possível reutilizar os componentes internos de um disco rígido em outros contextos com base na análise do funcionamento dos mesmos. É importante salientar que essa reutilização refere-se não somente aos componentes em questão, mas também ao dispositivo de armazenamento (HD) como um todo, com sua funcionalidade original. Este processo atua de forma favorável ao meio ambiente, pois diminui os resíduos que voltam para este; pode também fornecer materiais altamente reutilizáveis, simultaneamente, podendo suprir várias necessidades, fisicamente e logicamente citando.
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Referência Bibliográfica
[1] Disponível em Acesso em 03/04/2011 [2] Disponível em Acesso em 09/04/2011 [3] Disponível em Acesso em 17/03/2011 [4] Apostila: Manutenção em Disco Rígido - Autor: Jeferson Luis da Silva [5] MORIMOTO, Carlos. E. Hardware: Manual Completo. 3. ed. Book Express, 2000 [6] FLOYD, Thomas. Sistemas Digitais: Fundamentos e aplicações. 9. ed. Bookman, 2007 [7] TORRES, Gabriel .Hardware: Curso Completo. 2. ed. Axcel Books, 1998 [8] TOCCI, Ronald. J; WIDMER. Neal S; MOSS, Gregory. L. Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. 10. ed. Person Prentice Hall, 2007
Figuras Figura 1 Disponível em Acesso em 18/03/2011 Figura 2 Disponível em Acesso em 22/03/2011 Figura 3 Disponível em < http://www.mspc.eng.br/info/hd1.shtml> Acesso em 05/04/2011
