O que são e como funcionam os dispositivos de armazenamento

Em um mundo cada vez mais digital, são os dispositivos de armazenamento que permitem gravar, ler e armazenar dados com eficiência e segurança.

Muitos desses equipamentos foram lançados, utilizados e descontinuados nas últimas décadas, porém todos eles trabalham de forma semelhante, ou seja, tem como objetivo gravar e ler dados em sistemas computacionais.

Disquetes, hard disks, fitas, unidades ópticas como CD e DVD, além de cartões de memória como pen drives e unidades SSD são exemplos de equipamentos que mantém nossos dados seguros.

Mas como tudo esses dispositivos funcionam? Quais são os processos padronizados para todo os sistemas de armazenamento computacionais?

O que são dispositivos de armazenamento?

Dispositivos de armazenamento são componentes mecânicos ou eletrônicos que permitem armazenar dados digitais, como programas, arquivos, vídeos e documentos. Presentes em todos os sistemas computacionais, esses equipamentos permitem a gravação, leitura e acesso aos dados sempre que necessário.

Esses equipamentos são classificados em dois grandes grupos, os dispositivos de armazenamento primários e os secundários.

O armazenamento primário é o responsável por receber, armazenar, tratar e transferir dados em tempo real para o sistema.

Esse grupo incorpora componentes como a memória RAM, que mantém aplicações e dados temporariamente disponíveis e podem ser acessadas pelo processador durante o funcionamento do computador.

Já dispositivos de armazenamento secundário como HDDs e SSDs retêm dados a longo prazo, mesmo quando o computador é desligado.

Esses equipamentos oferecem maior capacidade do que os módulos de memória, porém com velocidades de acesso mais lentas.

Como um dispositivo de armazenamento lê e grava dados?

Discos rígidos, unidades SSD ou flash utilizam diferentes tecnologias para armazenar informações, porém todos trabalham com o mesmo propósito.

Todos armazenam informações, geralmente em bits e bytes, para que computadores possam ler e escrever dados. O processo de funcionamento pode ser simplificado em cinco etapas:

Solicitação: Quando você solicita para abrir um arquivo, o sistema operacional traduz essa solicitação em um comando para acessar a unidade de armazenamento.

Localização: O dispositivo de armazenamento localiza os dados do arquivo. Para isso, ele usa um índice ou tabela de alocação de arquivo que mantém o rastreamento de onde todos os dados estão armazenados.

Leitura: O dispositivo lê os dados. No caso de um disco rígido, por exemplo, um braço de leitura/gravação se move para a posição correta onde os dados estão armazenados.

No caso de um SSD ou pen drive não há partes móveis, por isso os dados são lidos diretamente da memória.

Transferência: Os dados são enviados através do controlador do dispositivo pelo cabo até o sistema operacional do computador, que interpreta os dados que você solicitou.

Gravação: No caso da gravação, o sistema operacional envia os dados que devem ser gravados, o dispositivo de armazenamento localiza um local livre para armazenar os dados e faz a gravação.

Como a tecnologia de armazenamento é estruturada logicamente?

A tecnologia de armazenamento de dados é estruturada em várias camadas que trabalham juntas para proporcionar um ambiente onde os dados podem ser armazenados, recuperados e gerenciados. São elas:

Camada Física (Hardware): Esta é a camada mais baixa e se refere ao próprio dispositivo físico onde os dados são armazenados. Essa camada inclui memórias, hard disks (HDD), módulos SSD, fitas magnéticas, CD/DVD e cartões flash.

Cada um desses componentes possuem suas próprias características em termos de capacidade, velocidade, confiabilidade e custo.

Camada de firmware ou controlador: Este é o software incorporado que controla o hardware de armazenamento. Ele serve como a ponte entre o hardware físico e o sistema operacional.

O firmware gerencia a operação do dispositivo, incluindo o controle de leitura e gravação de dados no equipamento, além do gerenciamento de erros.

Camada de sistema de arquivos: Essa camada é a responsável em organizar como os dados são armazenados e recuperados em cada tipo de dispositivo.

O sistema de arquivos controla como os dados são organizados, permitindo que sejam gravados, lidos e alterados. Os sistemas mais conhecidos incluem o NTFS, FAT32, ext4 e o HFS+.

Camada de sistema operacional: O sistema operacional fornece a interface entre o software básico (firmware), o aplicativo e o hardware de armazenamento.

Ele gerencia o acesso aos recursos de armazenamento e fornece uma variedade de serviços, como gerenciamento de arquivos e diretórios, segurança e acesso à rede.

Camada de aplicativos: Esta é a camada que os usuários interagem diretamente. Os aplicativos utilizam os serviços fornecidos pelas camadas inferiores para armazenar e recuperar dados.

Exemplos incluem programas de banco de dados, aplicativos de edição de texto ou imagem, navegadores de internet, etc.

Quais são os principais dispositivos de armazenamento primários?

Os dispositivos de armazenamento primário são aqueles que mantêm os dados acessíveis diretamente pela CPU. Esses componentes geralmente são voláteis, ou seja, os dados são perdidos quando a energia é desligada. São eles:

Memória RAM (Random Access Memory): Este é o tipo mais comum de armazenamento primário. A RAM é usada para armazenar temporariamente os dados que o computador está atualmente utilizando.

Cache: Esta é uma forma de armazenamento que é usada para acelerar o acesso aos dados. O cache armazena uma cópia dos dados que são frequentemente solicitados pelo processador.

Quando esses dados são solicitados, a CPU pode obtê-los mais rapidamente através do cache do que do que acessando os dispositivos de armazenamento secundário.

Registradores: Esses são pequenos espaços de armazenamento localizados dentro da CPU. Eles armazenam informações que a CPU está usando ativamente.

Memória ROM (Read Only Memory): Esta é uma memória que pode apenas ser lida e não escrita. Ela contém instruções de inicialização que são executadas quando o computador é ligado.

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Quais são os principais dispositivos de armazenamento secundário?

Hard disks (HDDs): São discos magnéticos rotativos que armazenam dados em trilhas e setores. Os HDDs oferecem alta capacidade e são frequentemente usados para armazenar grandes quantidades de dados em servidores, storages e computadores pessoais.

Unidades ópticas: Unidades ópticas são dispositivos de armazenamento que usam feixes de luz para ler e gravar dados em discos ópticos.

Muito usadas até algum tempo atras, os discos ópticos mais comuns incluem o CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD e Blu-Ray Disc.

Drives de estado sólido (SSDs): Esses módulos utilizam memória flash para armazenar dados eletronicamente.

Os SSDs são mais rápidos e duráveis do que os HDDs, mas geralmente possuem menor capacidade de armazenamento e maior custo por terabyte armazenado.

Unidades flash: Esses dispositivos incluem pen drives, cartões de memória e outras unidades USB externas. Esses módulos também utilizam memória flash e geralmente são portáteis, permitindo o transporte e transferência de dados entre diferentes dispositivos.

Unidades de fita magnética: Embora menos comuns hoje em dia, as soluções baseadas em fita ainda são usadas em algumas aplicações que exigem armazenamento de dados em grande escala, como backup de dados de longo prazo.

Quais são as principais aplicações desses sistemas?

Os sistemas de armazenamento secundário possuem diversas aplicações em diferentes setores e ambientes e estão em residências ou grandes datacenters. São elas:

Armazenamento de dados: Os sistemas de armazenamento secundário são amplamente utilizados para armazenar dados como documentos, arquivos, bancos de dados e informações essenciais para operações empresariais.

Sistemas corporativos como servidores e storages fornecem capacidade de armazenamento escalável, permitindo que as empresas gerenciem grandes volumes de dados de forma eficiente.

Backup e recuperação de dados: Equipamentos de armazenamento desempenham um papel fundamental na realização de backups e na recuperação de dados em caso de falhas de hardware, erros humanos, ataques cibernéticos ou desastres naturais.

Eles garantem que os dados críticos possam ser restaurados com segurança, minimizando assim a perda de informações valiosas.

Armazenar conteúdo multimídia: Com o crescimento exponencial do conteúdo multimídia como vídeos de alta resolução, imagens e áudio, as soluções de armazenamento oferecem a capacidade necessária para armazenar e gerenciar esses arquivos grandes.

Esses equipamentos são amplamente utilizados em estúdios de mídia, produção de conteúdo, transmissão de mídia e serviços de streaming.

Armazenamento em nuvem: Sistemas de armazenamento secundários como storages corporativos também são fundamentais para a infraestrutura de armazenamento em nuvem.

Empresas de serviços e provedores de armazenamento em nuvem utilizam esses equipamentos para alugar espaço de armazenamento remoto sob demanda para clientes do mundo inteiro.

Armazenar dados científicos e pesquisas: Organizações de pesquisa, instituições acadêmicas e laboratórios científicos têm enormes necessidades de armazenamento para dados científicos, experimentais e pesquisas.

Os sistemas de armazenamento secundário fornecem a capacidade necessária para armazenar, processar e analisar grandes volumes de dados científicos, como sequenciamento genômico, simulações, imagens de satélite e muito mais.

A orquestração dos dados primários e secundários

A funcionalidade de um dispositivo de armazenamento é o resultado da orquestração eficiente entre o hardware e o software de um ou mais sistemas computadorizados.

A combinação desses elementos é essencial para garantir a confiabilidade e o desempenho das unidades de armazenamento em servidores, storages, computadores domésticos e outros dispositivos.

O hardware fornece a base física para armazenar e recuperar dados, como discos rígidos, chips de memória e controladores.

Esses componentes são projetados para fornecer capacidade, velocidade e confiabilidade, garantindo a integridade dos dados armazenados.

Por outro lado, o software desempenha um papel crucial na gestão e organização dos dados, permitindo a gravação, leitura e acesso adequados aos mesmos.

Sistemas operacionais, firmware e os sistemas de arquivo controlam as operações internas do sistema, garantindo a comunicação eficiente a CPU, a unidade de disco e o ambiente computacional.

Esses softwares fornecem interfaces padronizadas e algoritmos de gerenciamento para garantir que os dados sejam armazenados corretamente, organizados de maneira eficiente e protegidos contra a perda de dados.

Os dispositivos de armazenamento corporativo

Em um mundo empresarial cada vez mais dependente de dados, dispositivos de armazenamento como storages, soluções all flash e NAS desempenham um papel vital.

Com tecnologias modernas como replicação de dados, computação em nuvem e backup automatizado, esses sistemas garantem a segurança, disponibilidade e desempenho necessários para atender demandas em constante evolução.

Ao investir em soluções de armazenamento robustas e eficientes, organizações de todos os portes podem armazenar, proteger e acessar seus dados com confiança, impulsionando assim a inovação e simplificando as operações em ambientes altamente competitivos.

Traga seu projeto e tire suas dúvidas. Somos especialistas em servidores, sistemas de armazenamento e soluções de backup.