Os sistemas operativos (SO) dos computadores mais recentes foram concebidos para funcionar eficazmente com unidades de disco rígido de formato avançado (AF) com suporte de emulação de 512 bytes (512e). Quando adequadamente configuradas com o sistema de ficheiros anfitrião, as unidades de disco rígido AF 512e podem apresentar um desempenho superior ao dos desactualizados modelos de unidade com 512 bytes por sector. Nas aplicações de computadores, o sistema de ficheiros anfitrião é determinado, essencialmente, pelo SO instalado.

Documento de referência AF da Toshiba

Estão disponíveis mais informações sobre o Formato Avançado aqui.

A Toshiba apresentou a tecnologia de gravação de faixas discreta (DTR) em Setembro de 2007.
A DTR é uma nova e revolucionária tecnologia de gravação que irá aumentar até 50 por cento a capacidade dos suportes de armazenamento em unidades de disco rígido PMR. Como tal, vai levar as HDD de formato pequeno, como as unidades de 1,8 e 2,5 polegadas, em especial, a um novo nível de capacidade superior.
As HDD de formato pequeno encontram-se agora em aplicações como computadores portáteis, todos os tipos de leitores de multimédia portáteis, câmaras de vídeo digitais e também em sistemas de navegação para automóvel. Neste mercado, existe grande procura de maiores capacidades de dados.

A técnica DTR, tal como o nome sugere, separa as faixas de dados paralelas no suporte da HDD introduzindo intervalos, também chamados "depressões" (grooves). Esta separação reduz a interferência do sinal entre as faixas de dados adjacentes, o que resulta numa melhor qualidade de sinal e permite o encurtamento do intervalo entre faixas. As faixas podem ser mais estreitas, o que permite incluir mais faixas no disco. Desta forma, são possíveis densidades de gravação até 516 megabits por mm2 (333 gigabits por polegada quadrada).

A técnica é também aplicada ao padrão servo, sendo que algumas informações extra adicionadas ao disco constituem uma parte essencial do sistema de posicionamento da cabeça de leitura/escrita.

A tecnologia DTR tem por base a investigação da New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) do Japão.

A Toshiba espera liderar a indústria na produção em massa de HDD com a tecnologia DTR integrada. O plano actual consiste em iniciar a produção em massa de unidades DTR durante 2009.

Normalmente, as HDD da Toshiba possuem motores com eixo de rolamentos esféricos. Estes rolamentos são esferas de metal revestidas com uma camada fina de massa lubrificante. Imperfeições na rotundidade dos rolamentos e nas guias (onde se encontram os rolamentos) resultam em vibrações aleatórias que podem provocar problemas (maior "Saída não repetível" - NRRO) no sistema servo. Além disso, os rolamentos esféricos começam a apresentar desgaste com a utilização contínua e este é acentuado se os rolamentos forem sujeitos a choques excessivos. Um sintoma de desgaste é o facto de o motor de eixo se tornar mais ruidoso e de o desempenho de leitura/escrita diminuir.

Uma solução para estes problemas consiste em utilizar motores de eixo com rolamento fluido-dinâmico (FDB). Os motores com FDB têm óleo lubrificante em vez de rolamentos esféricos metálicos para separar o rotor e o estator.
Vantagens da utilização de um motor com FDB:

• Redução significativa do NRRO para aumentar o desempenho do servo. Isto permite maior densidade de área.
• Maior fiabilidade por não existirem rolamentos esféricos de metal.
• Mais silêncio por não existirem rolamentos esféricos de metal.
• Aumento do desempenho de choque fora do funcionamento.

Os computadores portáteis foram desenvolvidos para aumentar a mobilidade. Uma unidade de disco rígido de formato pequeno, como as HDD de 2,5" e 1,8", é um dos principais componentes, e como tal, está exposta aos mesmos riscos que o próprio computador portátil: choques, vibrações e, ainda mais grave, o impacto de uma queda.

Uma das coisas mais graves que pode acontecer à unidade de disco rígido é a chamada "aterragem da cabeça", o que significa uma colisão entre as cabeças de leitura/escrita e a superfície do suporte de armazenamento, as peças mais sensíveis de uma HDD. Com o impacto, as cabeças podem ficar danificadas e é possível que ocorra também perda ou corrupção de dados importantes guardados no disco rígido. As aterragens de cabeça resultam normalmente de impactos fortes, por exemplo, quando o computador portátil cai.

A Toshiba Storage Products Division desenvolveu uma tecnologia eficaz para evitar danos provocados pelo impacto de uma queda livre. O princípio é simples e eficaz: Quando é medida uma possível aceleração de queda, as cabeças de leitura/escrita são recolhidas da sua posição sobre o prato e são fixas numa posição segura. Por outras palavras: A solidez contra choques da unidade é significativamente maior.

Naturalmente, a tecnologia é mais complexa. Um sensor de três eixos, chamado "acelerómetro linear de baixa potência", mede a magnitude de aceleração que, em condições normais, é aproximadamente 1 G. Quando a unidade de disco rígido está a cair, a magnitude de aceleração muda para aproximadamente 0 G. O sensor detecta esta transição e recolhe as cabeças de leitura/escrita para evitar a aterragem de cabeça.

O acelerómetro é de tal forma rápido que detecta uma queda curta de 10 cm (4 polegadas) e recolhe as cabeças de leitura/escrita para as proteger. Ou seja, todo o processo de medição da mudança das forças G, recolha e protecção das cabeças demora menos de 150 milésimas de segundo.

As unidades de disco rígido da Toshiba com sensor de queda livre são a primeira escolha para dispositivos de armazenamento realmente portáteis.

HAMR é a sigla de Heat-Assisted Magnetic Recording (gravação magnética com calor).

Descreve uma tecnologia de gravação de HDD futura que permite densidades de área ainda maiores em unidades de disco rígido do que as densidades obtidas com a gravação magnética perpendicular (PMR).

Com HAMR, os dados são gravados magneticamente em suporte especial de alta estabilidade após o aquecimento, com auxílio térmico de laser, do ponto onde os bits de dados estão a ser gravados. Quando aquecido, torna-se mais fácil gravar no suporte e o rápido arrefecimento estabiliza os dados gravados.
Estes materiais de suporte podem armazenar bits individuais numa área bem mais pequena, sem a limitação do"efeito superparamagnético". Este é o mesmo efeito que limita as densidades de área dos pratos utilizados em unidades de disco rígido tradicionais gravadas com LMR (gravação magnética longitudinal)
O único senão é o facto de ser necessário aquecê-los para aplicar as alterações no sentido magnético.

A HAMR não estará disponível nas HDD gerais antes de 2010 e densidades de área de 50 Terabits por polegada quadrada poderão ser possíveis por volta de 2020. A transição de PMR para HAMR pode mesmo começar em 2010.

A variedade de produtos que utilizam armazenamento em disco rígido é vasta e continua a crescer. Cada vez mais produtos de consumo requerem uma capacidade de armazenamento maior, a fim de fazer face às exigências da actualidade. A gama de produtos suportados pela tecnologia de armazenamento da Toshiba expande-se para ir ao encontro dessa exigência. A Toshiba foi o primeiro fabricante do mundo a lançar unidades de disco rígido (HDD) com conectores LIF (de baixa força de inserção). Os produtos com a nova interface LIF SATA têm  uma  pegada ecológica 10% mais pequena do que as unidades padrão de 1,8 polegadas que utilizam conectores micro SATA. Esse conector mais ecológico garante que os produtos da Toshiba são os mais bem posicionados para satisfazer as exigências dos principais fabricantes de pequenos dispositivos móveis como tablets, câmaras digitais e leitores de multimédia.

                    HDD ZIFF                                                   LIF HDD

Nos modernos sistemas informáticos de hoje, o suporte para ambientes multitarefas e multiutilizadores é um requisito fundamental.  Muitas vezes, executamos várias actividades ao mesmo tempo, como ver filmes, ouvir música, consultar o e-mail, navegar na Internet e, por vezes, partilhamos recursos comuns do sistema com outros utilizadores.  

A Native Command Queuing (Fila de comandos nativos, NCQ) é uma tecnologia concebida para permitir que a HDD optimize de forma inteligente a ordem em que os comandos de leitura e escrita recebidos são executados a fim de aumentar o desempenho e a fiabilidade de unidades de disco rígido (HDD) SATA em determinadas condições relacionadas com o volume de trabalho. Isso pode contribuir para a eficácia de processamento de comandos das HDD, reduzindo assim o volume de trabalho mecânico e melhorando o desempenho geral da unidade. Sem NCQ, a HDD iria concluir cada comando de leitura e escrita na ordem em que tivessem sido recebidos, o que prejudica a eficácia e o desempenho.

Principais vantagens da NCQ:

• Ideal para ambientes multitarefas e multiutilizadores
• Funciona em todos os sistemas em que os controladores anfitriões suportam a função SATA NCQ, incluindo PC de secretária, estações de trabalho, servidores de conteúdo multimédia digital e servidores de entrada, bem como sistemas de PC e portáteis de elevado desempenho
• 100% de compatibilidade com sistemas antigos sem suporte NCQ
• Permite a reordenação de comandos por parte do dispositivo de armazenamento a fim de melhorar a eficácia de desempenho das suas transferências de dados
• Melhora o desempenho das HDD a nível de tempo de pesquisa e permite que as unidades de estado sólido tenham acesso à fila de comandos armazenados, também para um melhor desempenho

A NCQ é frequentemente utilizada para melhorar o desempenho em servidores com um volume de trabalho elevado e estações de trabalho de alto desempenho. É utilizada também para optimizar o desempenho do PC em operações como cópia de ficheiros e arranque do sistema.

As unidades de disco rígido convencionais utilizam a "gravação magnética longitudinal" (LMR) para armazenar dados num disco magnético como bits magnéticos microscópicos alinhados no plano. Embora os avanços nos revestimentos magnéticos continuem a aumentar as densidades de gravação de dados em HDD, os bits magnéticos repelem-se devido ao alinhamento no plano.

A acomodação de mais bits num disco irá acabar por chegar a um ponto em que a sobrelotação vai prejudicar a qualidade dos bits gravados, pois os bits começam a influenciar-se mutuamente (acoplamento magnético). Na pior das hipóteses, os bits começam a virar-se: Os bits afectados perdem a orientação e as informações são perdidas. A isto chama-se "efeito superparamagnético". Este problema trouxe limites imediatos às capacidades de armazenamento.

A solução para este problema chama-se "gravação magnética perpendicular" (PMR), em que os bits magnéticos não são alinhados no plano, mas sim verticalmente. Ao colocar os bits magnéticos sobre a sua extremidade, a gravação perpendicular reforça o acoplamento magnético entre os bits adjacentes, obtendo densidades de gravação estáveis superiores e maior capacidade de armazenamento. Ao utilizar PMR, a capacidade das unidades de disco rígido pode aumentar até 10 vezes. Além disso, devido ao aumento da densidade de dados, a velocidade de transferência de dados também aumenta em comparação com a das HDD que utilizam a técnica LMR.

Um dos desafios técnicos durante o desenvolvimento da PMR foi o facto de as características físicas do suporte PMR exigirem um intervalo bastante menor entre a cabeça de leitura/escrita e o suporte, de forma a permitir a leitura e escrita de dados.

O Professor Shun'ichi Iwasaki do Tohoku Institute of Technology, no Japão, determinou inicialmente, em 1976, que era possível aumentar a densidade de área dos suportes de dados organizando os bits magnéticos na vertical, na direcção de rotação do suporte, em vez do se optar pelo alinhamento horizontal.

A tecnologia de vibração anti-rotativa foi desenvolvida pela Toshiba a fim de contrariar o impacto das vibrações do sistema nas suas unidades de disco rígido (HDD).

Os sensores de vibração rotativa (RVS) permitem que as HDD da Toshiba funcionem com maior eficiência em ambientes susceptíveis a forte vibração rotativa, como é o caso dos servidores ou dos arrays de armazenamento. Quando uma HDD é exposta a vibração rotativa, o desempenho pode ser negativamente afectado. Quando algumas unidades se encontram próximas umas das outras, como num array de armazenamento, é natural que cada unidade vibre em virtude do posicionamento da cabeça no prato rotativo. Por vezes, o efeito cumulativo dessas operações das unidades cria harmónicos que induzem vibrações muito mais intensas. Uma vez que as actividades das HDD afectam todo o array, o funcionamento de cada unidade do sistema pode ser progressivamente afectado, dando origem a uma diminuição significativa da velocidade de transferência de dados. À medida que os dados armazenados na unidade se tornam mais densos, a sensibilidade a essas vibrações aumenta, levando a que, por vezes, vibrações menos intensas desviem as cabeças de leitura e escrita para fora da faixa.

A nova tecnologia RVS utilizada nas HDD da Toshiba detecta a vibração rotativa externa e utiliza um sistema de feedback para produzir um contramovimento das cabeças de leitura e escrita. A tecnologia RVS permite que a unidade compense qualquer vibração rotativa com origem na própria unidade ou exterior à unidade (ventoinhas de refrigeração, chassis de qualidade inferior, etc.) e continue a ler e escrever, mantendo, simultaneamente, o seu elevado desempenho.
 

A informação contida numa unidade de disco rígido, conhecida como HDD, tem frequentemente mais valor do que o próprio dispositivo. Os dados de uma empresa são o mais valioso dos seus activos. A exposição não autorizada de dados pode ocorrer em qualquer lado: do departamento de TI onde só trabalha uma pessoa ao centro de dados gerido a partir da rede. As soluções baseadas em software não podem proporcionar a segurança necessária a uma protecção de dados totalmente fiável. A nova solução baseada em hardware, a que se dá o nome de SED, é agora utilizada para estabelecer uma forte identidade digital, elevando a segurança a um novo nível.

As unidades de encriptação automática (SED) de 2,5 polegadas da Toshiba proporcionam, simultaneamente, encriptação avançada de hardware e uma sólida autenticação de acesso, para ajudar os departamentos de TI a implementar a segurança de forma económica sem interromperem o fluxo comercial ou afectarem o desempenho das aplicações. Concebidos de acordo com a especificação “Opal SSC” do Trusted Computing Group, os modelos de SED da Toshiba beneficiam do vasto suporte disponível para as funções e capacidades de segurança do TCG desenvolvidas em conformidade com as normas da indústria.

Os processos de encriptação de SED são transparentes para as aplicações e sistemas operativos. Ao contrário da encriptação de software, que depende do desempenho da CPU e da capacidade de memória do sistema, a encriptação de hardware da SED ocorre, no interior da HDD, a velocidades máximas de E/S de armazenamento, garantindo que os utilizadores não irão assistir a uma redução do desempenho da aplicação.

Tecnologia de invalidação de dados: Um passo em frente na segurança de dados

A encriptação de hardware integrada no sistema electrónico do controlador da HDD oferece elevado desempenho, redução geral de custos e vantagens de segurança que vão para além das disponibilizadas pela encriptação de software. A poderosa encriptação AES-256 de nível governamental exclusiva da Toshiba é certificada pelo National Institute of Standards and Technology dos EUA (NIST - Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) através do seu Programa de Validação de Algoritmos Criptográficos (CAVP). Pelo facto de o processo de encriptação se desenrolar no interior da HDD, os dados armazenados permanecem protegidos contra todo o tipo de ataques utilizados para comprometer a encriptação de software.

Perante a necessidade de uma largura de banda e flexibilidade cada vez maiores, a SAS foi introduzida para substituição da interface SCSI paralela, que apareceu pela primeira vez na década de 80, em centros de dados e estações de trabalho. Em comparação com a SCSI, a SAS tem diversas vantagens. Pode funcionar a mais de 10.000 RPM e é mais fiável. As unidades SAS são geralmente utilizadas em servidores e estações de trabalho avançadas, em ambientes onde a velocidade e a frequência E/S são muito importantes. Além disso, com as unidades SAS, os utilizadores dispõem de detecção total de erros e correcção de erros durante o processo de leitura e escrita. Essas unidades protegem também os dados enquanto estes estão em movimento, o que garante a sua integridade durante a leitura e a escrita. As unidades SAS de classe empresarial são as preferidas em aplicações on-line e transaccionais, graças ao seu desempenho e fiabilidade excepcionais.

Com um crescimento de dados contínuo aparentemente exponencial e com a gestão de dados e as exigências colocadas pelos ambientes informáticos e aplicações empresariais de hoje, torna-se cada vez mais vital garantir que os critérios de acessibilidade, disponibilidade, desempenho e fiabilidade são cumpridos em permanência. Em paralelo  com estas expectativas, os avanços da tecnologia e das técnicas de armazeamento que utilizam unidades de estado sólido (SSD) conduziram a qualidade da memória flash baseada em NAND à sua actual posição, que lhe permite fornecer fiabilidade dos dados vitais para a missão em conjunto com velocidades de dados consideravelmente melhores do que as das HDD rotativas tradicionais.  As SSD colocam, efectivamente, a memória de semicondutores atrás de um controlador de memória e do sistema electrónico da interface, permitindo ao dispositivo de armazenamento flash emular os comandos e operações de uma HDD.

A eSSD de primeira geração da Toshiba utiliza a memória flash NAND de células de nível único (SLC) empresarial de 32 nm e uma interface SCSI de série de 6 Gb/s.

Prevê-se que a eSSD venha a substituir a tecnologia tradicional baseada em eixos mecânicos na maior parte das aplicações avançadas orientadas para o desempenho. É ideal para aplicações essenciais em que a fiabilidade, o desempenho e a satisfação de expectativas a longo prazo são elementos desejados.

Nos discos de estado sólido empresariais (eSSD), uma célula de nível único (SLC) é um elemento de memória com capacidade para armazenar dados em células de memória individuais.

A SLC acede e escreve na eSSD utilizando uma lógica de controlo mais "simples" com 1 bit, contra os 2 bits utilizados pela célula de níveis múltiplos (MLC) e tem a vantagem de consumir menos energia.  Além disso, as operações de programas em chips SLC duram 100.000 ciclos: dez vezes mais do que nas MLC. Devido à elevada velocidade de transferência de dados e alto nível de fiabilidade, a memória SLC é utilizada em SSD de alto desempenho.

Trata-se do número máximo de ciclos de programação/eliminação previstos para uma célula até esta chegar ao fim da sua vida útil e a sua estrutura começar a decompor-se, provocando a perda da capacidade de reter dados e da fiabilidade.

Trata-se do período de tempo previsto para que os dados armazenados na célula permaneçam recuperáveis e não corrompidos ao longo da vida útil do dispositivo de armazenamento. A estrutura da célula degrada-se à medida que esta se aproxima da durabilidade máxima ou, por outras palavras, à medida que a contagem de programação/eliminação (PE) da célula se aproxima do valor que representa a esperança de vida útil total. Ao analisarmos o armazenamento de dados a longo prazo com a alimentação desligada (prazo de validade/arquivo), o período pode ser de apenas 3 meses se uma célula se encontrar a 100% da durabilidade devido ao potencial mais elevado de decomposição da célula e perda de valores armazenados.

Trata-se, na sua essência, de capacidade adicional atribuída ao dispositivo de armazenamento para permitir que as células atinjam 100% de durabilidade (esperança de vida alcançada) dentro do período de utilização do dispositivo de armazenamento abrangido pela garantia. A capacidade adicional é activada e atribuída para compensar a perda de células de armazenamento utilizáveis. Geralmente, o número aceitável situa-se entre 25 e 28% da capacidade que existia no momento da compra.

Cada célula de memória tem uma vida finita. A sua estrutura decompõe-se e a célula extingue-se! Para garantir que todas as células são sujeitas a um desgaste equivalente, é mantida uma contagem de programação/eliminação a nível dos blocos (sectores). Quando a contagem atinge um limiar predeterminado, os dados contidos no colectivo de células são reatribuídos a uma colectivo/sector de células mais jovem. Existem dois tipos de implementação:
O nivelamento de desgaste estático é um algoritmo destinado a dados armazenados que raramente mudam, como os ficheiros de um SO. Se não houver interferência, estas células permanecem subutilizadas, por isso, os dados são reatribuídos a células mais maduras, libertando as células mais jovens para armazenamento de dados sujeitos a alterações mais frequentes.
O nivelamento de desgaste dinâmico é o algoritmo de utilização geral que é executado sempre que os dados da memória intermédia são expelidos e gravados na memória flash. O algoritmo de desgaste dinâmico garante a distribuição uniforme dos ciclos de programação e eliminação de dados por todos os blocos dentro do NAND

Os dispositivos NAND armazenam um bit de informação por célula de memória. Uma unidade SLC proporciona melhor desempenho e menor consumo, mas oferece menos capacidade.

Os dispositivos NAND podem armazenar mais do que um bit de informação por célula de memória escolhendo entre níveis múltiplos de carga eléctrica a aplicar às portas flutuantes das suas células. Esta tecnologia permite maior densidade de armazenamento num formato pequeno e um armazenamento mais económico por gigabyte

A tecnologia de processamento por classe ou tamanho da matriz está relacionada com a actual técnica de fabrico de dispositivos NAND de semicondutores CMOS. Isto equivale à distância das portas do transístor ou, por outras palavras, à densidade de compactação do transístor que constitui as células de memória (cerca de 2 milhões).

A estimativa para o avanço da tecnologia é a seguinte:
32 nm — 2010
22 nm — aprox. 2011
16 nm — aprox. 2013
11 nm — aprox. 2015

Fornecem alimentação de reserva à memória da cache SDRAM durante um período de tempo limitado para preservar os dados, protegendo-os contra corrupção ou perda. A protecção contra falha de energia (PLP) foi concebida para durar 55 ms ao ser utilizada com a eSSD da Toshiba, a fim de permitir que o conteúdo seja expelido e gravado na memória flash NAND.