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Discos rígidos: Desempenho x Capacidade

Recuperação de dados em HD

O desempenho do HD é um fator que influencia muito no desempenho global do sistema, determinando o tempo de carregamento dos aplicativos e arquivos grandes e até mesmo a velocidade de acesso ao arquivo de troca. Para ser carregado um programa ou acessado qualquer outro dado, é preciso primeiramente transferi-lo do disco rígido para a memória. Pouco adianta ter um processador ou memórias ultra-rápidos, se a todo momento eles tiverem que esperar por dados a serem transmitidos pelo disco rígido. Depois da quantidade de memória RAM e cache, o disco rígido é talvez o componente que mais afeta o desempenho do micro, rivalizando até mesmo com o processador.

As diferentes marcas e modelos de HDs que existem à venda no mercado apresentam desempenhos bem diferentes uns dos outros. Não é fácil medir o desempenho de um disco rígido, pois o desempenho do disco é determinado por um conjunto de vários itens e não é nada fácil tentar resumi-lo a um único número.

Nenhum programa de benchmark que existe atualmente é muito preciso para medir a performance de um disco rígido, pois os resultados acabam sempre sendo contaminados pela performance do resto do equipamento. Se você medir o desempenho de um disco rígido instalado em um Pentium 4 e em seguida medir o desempenho do mesmo disco instalado em um Atlon 64, verá que os resultados serão bem diferentes. Além disso estes testes privilegiam sempre alguns fatores, como o tempo de acesso, desprezando outros fatores igualmente importantes.

Para piorar ainda mais este quadro, os fabricantes têm o péssimo hábito de vender discos rígidos informando a capacidade máxima de transferência de dados da controladora, e não a do disco. Isso é completamente irreal, pois uma controladora UDMA 33 por exemplo, transmite dados numa velocidade de 33 MB/s, enquanto a velocidade real do disco fica geralmente em torno de 10 ou 15 MB/s. Outras vezes é divulgado apenas o tempo de acesso, e muitos acabam concluindo que o disco A é melhor do que o disco B, simplesmente por ter um tempo de acesso de 9 milessegundos enquanto o outro tem tempo de acesso de 9,5 milessegundos. Para esclarecer um pouco melhor este assunto, vamos analisar agora os diferentes fatores que determinam o desempenho de um disco rígido. Pesquisando nos sites dos fabricantes você quase sempre encontrará estas especificações:

Tempo de Busca (Seek Time): Este é um fator importante na performance geral do HD, pois é o tempo que a cabeça de leitura demora para ir de uma trilha à outra do disco. Este tempo é um pouco difícil de determinar com exatidão, pois o tempo que a cabeça demora para ir da trilha 50 à trilha 100, deslocando-se 50 trilhas, por exemplo, não é 5 vezes maior que o demorado para ir da trilha 50 à trilha 60, deslocando-se 10 trilhas.
Você não demora 5 vezes mais tempo para ir a um local distante 5 quilômetros da sua casa do que para ir a um local distante apenas 1 quilômetro, pois além do tempo necessário para percorrer a distância, existe o tempo de ligar o carro, abrir a porta da garagem, estacionar o carro, etc.
Assim, para ir da trilha 50 à 60, as cabeças de leitura e gravação poderiam levar 4 milessegundos, levando apenas 10 para ir da cabeça 50 à 100 por exemplo. Estes valores variam em cada marca e modelo de disco rígido, mas quanto menores forem os tempos melhor será a performance.

Tempo de Latência (Latency Time): Dentro do HD, os discos magnéticos giram continuamente. Por isso, dificilmente os setores a serem lidos estarão sob a cabeça de leitura/gravação no exato momento de executar a operação, podendo, no pior dos casos, ser necessário uma volta completa do disco até o setor desejado passar novamente sob a cabeça de leitura.
O tempo de latência é tão importante quanto o tempo de busca. Felizmente, ele é fácil de ser calculado, bastando dividir 60 pela velocidade de rotação do HD, medida em RPM (rotações por minuto), e multiplicar por 1000. Teremos então o tempo de latência em milessegundos. Um HD de 5200 RPM por exemplo, terá um tempo de latência de 11,5 milessegundos (o tempo de uma rotação), já que 60 ÷ 5200 x 1000 = 11,5.
Geralmente, é usado o tempo médio de latência, que corresponde à metade de uma rotação do disco, assumindo que os clusters desejados estarão, em média, a meio caminho do cabeçote. Um HD de 5200 RMP teria um tempo de latência médio de 5,75 milessegundos.

Tempo de Acesso (Access Time): O tempo de acesso, é o tempo médio que o disco demora para acessar um setor localizado em um local aleatório do disco. Este tempo é um misto do tempo de busca e do tempo de latência do disco rígido, significando o tempo que o braço de leitura demora para chegar a uma determinada trilha somado com o tempo que o disco demora para girar e chegar ao setor certo. O tempo de acesso nos HDs mais modernos gira em torno de 10 a 7 milessegundos (quanto mais baixo melhor).

Head Switch Time: Um disco rígido é composto internamente de vários discos. Naturalmente, temos uma cabeça de leitura para cada disco, sendo os dados gravados distribuídos entre eles.
Como as cabeças de leitura são fixas, caso seja necessário ler dois arquivos, um encontrado na face 1 e outro na face 3 por exemplo, a controladora ativará a cabeça de leitura responsável pela face 1, lerá o primeiro arquivo, e em seguida ativará a cabeça responsável pela face 3, lendo o segundo arquivo. O termo "Head Switch Time", pode ser traduzido como "tempo de mudança entre as cabeças de leitura" por ser justamente o tempo que o disco leva para mudar a leitura de uma cabeça para outra. Este tempo é relativamente pequeno e não influencia tanto quanto o tempo de acesso e a densidade.

Taxa de Transferência Interna (Internal Transfer Rate): De todos os fatores vistos até agora, provavelmente este é o mais complicado, pois é o que envolve mais variáveis. Uma definição simplista sobre a taxa de transferência interna seria a quantidade de dados que podem ser lidos por segundo pela cabeça de leitura.
Porém vários fatores podem distorcer esta medição. Se os arquivos estiverem fragmentados, ou for necessário ler vários arquivos gravados em setores distantes uns dos outros, a taxa de transferência será muito menos do que ao ler um grande arquivo gravado seqüencialmente.
Se você está ouvindo uma música gravada no disco rígido, os dados a serem acessados (presumindo que o disco esteja desfragmentado) provavelmente estarão em seqüência no disco, aumentando a taxa de transferência. Se você porém começar a acessar dados distribuídos aleatoriamente pela superfície do disco, acessando vários nomes de um grande banco de dados por exemplo, então a taxa será muito menor. Quando houver referências à "Internal Transfer Rate" nas especificações de um HD, pode ter certeza de tratar-se da velocidade de leitura quando lidos setores seqüenciais.

Cache (Buffer): Os discos rígidos atuais possuem uma pequena quantidade de memória cache embutida na controladora, que executa várias funções com o objetivo de melhorar o desempenho do disco rígido. Neste cache ficam guardados os últimos dados acessados pelo processador, permitindo que um dado solicitado repetidamente possa ser retransmitido a partir do cache, dispensando uma nova e lenta leitura dos dados pelas cabeças de leitura. Este sistema é capaz de melhorar assustadoramente a velocidade de acesso aos dados quando estes forem repetitivos, o que acontece com freqüência em servidores de rede ou quando é usada memória virtual.
Os dados lidos pelas cabeças de leitura, originalmente são gravados no cache, e a partir dele transmitidos através da interface IDE ou SCSI. Caso a interface esteja momentaneamente congestionada, os dados são acumulados no cache e, em seguida, transmitidos de uma vez quando a interface fica livre, evitando qualquer perda de tempo durante a leitura dos dados. Apesar do seu tamanho reduzido, o cache consegue acelerar bastante as operações de leitura de dados. Claro que quanto maior e mais rápido for o cache, maior será o ganho de performance.
Além do cache localizado na placa lógica do HD, a maioria dos sistemas operacionais, incluindo claro o Windows 95/98/2000/NT/XP, reservam uma pequena área da memória RAM para criar um segundo nível de cache de disco. Como no caso de um processador, quanto mais cache melhor é o desempenho. O tamanho do cache de disco utilizado pelo Windows pode ser configurado através do ícone "Sistema" do painel de controle, basta acessar a guia "Performance". Temos três opções: "Sistema móvel ou de encaixe", "Computador Desktop" e "Servidor de rede".
O uso do cache de disco é o fator que mais distorce os resultados dos benchmarks, pois o programa não tem como saber se um dado provém de um acesso ao cache ou de uma leitura física. Os testes de disco mais demorados utilizam arquivos grandes para diminuir este problema pois como o cache armazena apenas 1 ou 2 MB de dados, a distorção ao ser lido um arquivo de digamos 50 MB seria muito pequena. Uma dica, não confie em benchmarks que fazem testes rápidos como o Norton, Wintune, etc. os resultados fornecidos por estes programas são tão precisos quanto jogar dados, simplesmente não devem ser levados a sério.

Densidade: A densidade dos platers de um disco rígido é outro fator com enorme impacto na performance. Quanto maior for a densidade, menor será o espaço a ser percorrido pela cabeça de leitura para localizar um determinado setor, pois os dados estarão mais próximos uns dos outros. A densidade pode ser calculada muito facilmente, bastando dividir a capacidade total do disco pela quantidade de cabeças de leitura (e consequentemente o número de faces de disco).
Um disco rígido de 4 Gigabytes e 4 cabeças de leitura possui uma densidade de 1 Gigabyte por face de disco, enquanto que outro disco, também de 4 Gigabytes, porém com 6 cabeças de leitura possui uma densidade bem menor, de apenas 666 Megabytes por face de disco.
A densidade influencia diretamente nos tempos de acesso e de latência do HD, além disso, com um número menor de cabeças de leitura, o tempo perdido com o Head Switch também é menor. Muitas vezes encontramos no mercado HDs de mesma capacidade porém com densidades diferentes. Neste caso, quase sempre o HD com maior densidade utilizará tecnologias mais recentes, sendo por isso mais rápido.

Velocidade da Interface: A interface determina a velocidade máxima de transferência, mas não necessariamente a performance do disco rígido. Em geral, a interface é sempre muito mais rápida do que a taxa de transferência interna alcançada pelo HD. Porém, em muitas situações a interface IDE fica congestionada, momentaneamente deixando de transmitir dados. Nestas situações os dados são acumulados no buffer do HD e em seguida transmitidos de uma vez quando a interface fica livre.
Isto pode ocorrer em duas situações: quando temos dois discos instalados na mesma porta IDE e os dois discos são acessados simultaneamente, ou quando o barramento PCI fica congestionado (já que as portas IDE compartilham os 133 MB/s com todos os demais periféricos PCI instalados).
Nestas situações, ter uma interface mais rápida irá permitir que os dados armazenados no cache sejam transferidos mais rápido. Porém, em situações normais o desempenho ficará limitado à taxa de transferência interna do HD.

Marca e modelo x Capacidade: Muitos modelos de HDs são fabricados em várias capacidades diferentes, o Quantum Fireball Plus KA por exemplo pode ser encontrado em versões de 20 GB e 40 GB. Neste caso muda apenas o número de platters e cabeças de leitura, ao invés de ter apenas um platter e duas cabeças de leitura o disco passa a ter dois platters e quatro cabeças, porém a velocidade de rotação, densidade etc. continuam as mesmas.
Neste caso, apesar da capacidade de armazenamento aumentar, o desempenho cairá um pouco em relação à versão de menor capacidade, pois com mais cabeças de leitura será perdido mais tempo com o Head Switch time e além disso o cache irá tornar-se menos eficiente, já que teremos a mesma quantidade de cache para uma quantidade de dados muito maior. No caso do Quantum Fireball Plus KA, a versão de 20 GB mantém taxas de transferência cerca de 7% maiores do que a versão de 40 GB. Veja que este não é o caso de todos os HDs do mesmo modelo lançados com capacidades diferentes, um exemplo é o Medalist Pro da Seagate, a densidade na versão de 6,4 GB é de apenas 1,3 GB por face, com rotação de 5.400 RPM, enquanto na versão de 9,1 GB a densidade sobe para 2,3 GB por face e a rotação para 7.200 RPM.
O desempenho do HD deve ser calculado com base nas especificações, e não com base na capacidade. Mesmo sem ter acesso a qualquer benchmark, apenas examinando a densidade, tempo de acesso, velocidade de rotação e cache, é possível ter uma boa idéia do desempenho apresentado pelo disco.

Comparativo
Para ilustrar melhor a situação do mercado de discos rígidos, apresentarei agora uma tabela com as especificações e o desempenho de alguns modelos de HDs que, apesar de mais antigos, ainda são muito usados.

Marca/Modelo

Capacidade/
Interface

Rotação

Densidade (por face de disco)

Tempo de acesso

Buffer

Taxa de transferência interna (1)

Fujitsu MPB3064AT

6,4 GB

UDMA 33

5.400 RPM

2,1 GB

10 ms

256 KB

5,24 MB/s

Fujitsu Desktop 10

10,2 GB

UDMA 33

5.400 RPM

3,4 GB

10 ms

256 KB

5,56 MB/s

Fujitsu Desktop 18 5400

17,3 GB

UDMA 66

5.400 RPM

4,3 GB

9.5 ms

512 KB

6,27 MB/s

Fujitsu Desktop 18 (MPD3182AH)

18,2 GB

UDMA 66

7.200 RPM

4,6 GB

9 ms

512 KB

8,95 MB/s

Fujitsu MAG3182LP

18,2 GB

Ultra 2 Wide SCSI

10.000 RPM

3,6 GB

5 ms

2048 KB

10,75 MB/s

Quantum Bigfoot TX

8,0 GB

UDMA 33

4.000 RPM

1,8 GB

12 ms

128 KB

4,83 MB/s

Quantum Fireball SE

6,4 GB

UMDA 33

5.400 RPM

2,1 GB

9,5 ms

128 KB

5,26 MB/s

Quantum Viking II

9,1 GB

Ultra Wide SCSI

7.200 RPM

1,8 GB

7,5 ms

512 KB

6,78 MB/s

Quantum Fireball EL

10,2 GB

UDMA 33

5.400 RPM

2,5 GB

9,5 ms

512 KB

5,72 MB/s

Quantum Fireball EX

12,7 GB

UDMA 33

5.400 RPM

3,2 GB

9,5 ms

512 KB

6,48 MB/s

Quantum Fireball CR

13,0 GB

UDMA 66

5.400 RPM

4,3 GB

9,5 ms

512 KB

7,37 MB/s

Quantum Fireball Plus KA

9,1 GB

UDMA 66

7.200 RPM

4,6 GB

8,5 ms

512 KB

9,48 MB/s

Quantum

Fireball Plus KA

18,2 GB

UDMA 66

7.200 RPM

4,6 GB

8,5 ms

512 KB

8,81 MB/s

Quantum Fireball lct10

30,0 GB

UDMA 66

5,400

RPM

10,2 GB

9,5 ms

512 KB

10,22 MB/s

Maxtor DiamondMax 2160

6,4 GB

UDMA 33

5.200

RPM

2,1 GB

9,5 ms

256 KB

5,25 MB/s

Maxtor DiamondMax 2880

11,5 GB

UDMA 33

5.400 RPM

2,9 GB

9 ms

256 KB

6,32 MB/s

Maxtor DiamondMax 3400

13,6 GB

UDMA 33

5.400 RPM

3,4 GB

9 ms

256 KB

6,57 MB/s

Maxtor DiamondMax 4320

17,2 GB

UDMA 33

5.400 RPM

4,3 GB

9 ms

512 KB

6,67 MB/s

Maxtor DiamondMax 6800

27,2 GB

UDMA 66

5.400 RPM

6,8 GB

9 ms

2048 KB

7,38 MB/s

Maxtor DiamondMax VL20

20,4 GB

UDMA 66

5.400 RPM

10,2 GB

9,5 ms

512 KB

9,88 MB/s

Maxtor DiamondMax 40

41,0 GB

UDMA 66

5.400 RPM

10,2 GB

9 ms

2048 KB

12,53 MB/s

Seagate Medalist Pro

6,4 GB

UDMA 33

5.400 RPM

1,3 GB

9,5 ms

512 KB

5,05 MB/s

Seagate Medalist Pro

9,1 GB

UDMA 33

7.200 RPM

2,3 GB

9,5 ms

512 KB

6,05 MB/s

Seagate Medalist Pro SCSI

9,1 GB

Ultra Wide SCSI

7.200 RPM

2,3 GB

9,5 ms

512 KB

6,07 MB/s

Seagate Medalist

17,2 GB

UDMA 66

5.400 RPM

4,3 GB

9 ms

512 KB

5,90 MB/s

Seagate Barracuda 18LP

18,2 GB

Ultra 2 Wide SCSI

7.200 RPM

3,6 GB

7 ms

1024 KB

9,83 MB/s

Seagate Barracuda ATA

28,0 GB

UDMA 66

7.200 RPM

7,0 GB

8,5 ms

512 KB

12,15 MB/s

Seagate Cheetah 36LP UW3 SCSI

36,7 GB

Ultra 3 Wide SCSI (160 MB/s)

10.000 RPM

6,1 GB

5 ms

4096 KB

15,07 MB/s

Western Digital Caviar

6,4 GB

UDMA 33

5.400 RPM

2,1 GB

9,5 ms

256 KB

5,18 MB/s

Western Digital Caviar

10,1 GB

UDMA 33

5.400 RPM

3,4 GB

9,5 ms

512 KB

5,75 MB/s

Western Digital Caviar

20,4 GB

UDMA 66

5.400 RPM

5,1 GB

9 ms

2048 KB

7,44 MB/s

Western Digital Caviar 7200 RPM

20,4 GB

UDMA 66

7.200 RPM

10,2 GB

9 ms

2048 KB

13,21 MB/s

Western Digital Caviar

30,7 GB

UDMA 66

5.400 RPM

10,2 GB

9 ms

2048 KB

10,27 MB/s

Western Digital Expert

18,0 GB

UDMA 66

7.200 RPM

4,6 GB

9 ms

2048 KB

8,49 MB/s

Western Digital Enterprise

18,3 GB

Ultra 2 Wide SCSI

7.200 RPM

3,0 GB

7 ms

2048 KB

11,20 MB/s

Western Digital Enterprise 10k

18,3 GB

Ultra 2 Wide SCSI

10.000 RPM

4,6 GB

5,2 ms

2048 KB

16,49 MB/s

Recuperacao de disco rigido

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