CABEÇA DE LEITURA

COMPONENTE DE LEITURA/ESCRITA EM HD

Criado em 02/09/2025, por Hosco.

Introdução

No universo dos dispositivos de armazenamento, poucos componentes são tão críticos quanto as cabeças de leitura e gravação dos HDs. Estes elementos microscópicos, erroneamente comparados às "agulhas" dos antigos tocadores de vinil, representam verdadeiras obras-primas da engenharia de precisão que operam a aproximadamente 35 nanômetros (distância equivalente a 1/3000 da espessura de um fio de cabelo) da superfície magnética.

O escopo deste documento é discorrer de forma objetiva sobre essas peças cruciais para o funcionamento de uma unidade de disco rígido e, também, sobre os principais requisitos para sua substituição em um ambiente de recuperação de dados.

Pratos e cabeças de um disco rígido aberto

Fundamentos

A cabeça de leitura e gravação é um componente eletromagnético, muito pequeno e de alta precisão, responsável por ler e gravar dados (bits) nos pratos (discos) magnéticos contidos em dispositivos de armazenamento do tipo HD (disco rígido). É conhecida no idioma português por cabeça de leitura ou cabeças de leitura (todos HDs modernos possuem múltiplas cabeças), cabeçote de leitura ou simplesmente cabeça; o termo mais comum em língua inglesa é read/write head.

A fabricação das cabeças de HD é um processo bastante especializado, comparável com a construção de semi-condutores. São estruturas compostas de múltiplas camadas em que seus elementos (de leitura e escrita) são produzidos com técnicas de deposição de filme fino.

Funcionamento

Todo HD possui pelo menos uma cabeça de leitura que flutua sobre uma face de um disco (também conhecido como "prato") que é revestido por material ferromagnético. Ela converte campos magnéticos da mídia (disco) em sinais elétricos e vice-versa, exigindo alta sensibilidade e baixo ruído em toda a cadeia de sinal para interpretar os dados com precisão. É um componente imprescindível para acessar informações em dispositivos que usam meio magnético para armazenamento.

As cabeças ficam posicionadas a uma altura extremamente baixa (cerca de 35 nanômetros) acima da superfície dos discos. Isso ocorre porque um colchão de ar é criado pela rotação dos pratos e um fino sistema de ajuste mantém uma altura ideal sem que haja toques nas mídias. Esse fenômeno é conhecido por air bearing e evita que a cabeça toque o prato, prevenindo que ocorra head crash (acidente com a cabeça de leitura).

Para fazer uma leitura a cabeça traduz variações magnéticas em sinais elétricos, através de seu sensor magnetorresistivo que altera levemente sua resistência conforme o campo gravado e usando um pré-amplificador que converte essa variação em tensão.

Para realizar escritas a cabeça converte pulsos elétricos em domínios magnéticos orientados, usando um pequeno indutor que gera um campo magnético localizado e que orienta os domínios do prato conforme o bit desejado.

Em nível lógico, as operações realizadas pelas cabeças são basicamente leituras e gravações de bits 0 e 1.

Head Stack Assembly

As cabeças de leitura e escrita ficam acopladas na extremidade de uma estrutura denominada HSA (Head Assembly Stack). De fato, HSA é composta de um eixo atuador, braços e as próprias cabeças.

Head Gimbal Assembly

HGA (Head Gimbal Assembly) é a unidade individual de cabeça de um HD, sendo composta de slider (onde estão integrados os elementos de leitura/gravação), o gimbal e o load beam. Podemos dizer que o HGA é a própria cabeça.

Principais Elementos

Sensores Magnetorresistivos
Camadas Magnéticas de Metal
Substrato do Wafer de AlTiC
Condutores (Ouro, Prata etc.)
Camadas Protetoras com DLC

HGA (com ênfase no slider) de uma cabeça antiga

Acidentes

Travamento de Cabeça

Após ocorrência de acidentes (queda do hard drive, trepidações por desalinhamento de rack, entre outros eventos) ou desgaste de componentes internos, decorrentes do tempo de uso, as cabeças de leitura podem não se mover adequadamente ou sofrer alteração em seu posicionamento, gerando contato direto com os pratos e consequente travamento (as cabeças ficam "coladas" nos discos). Falhas no motor ou no componente que controla a rotação dos discos, também podem travar as cabeças de leitura quando a rotação é insuficiente ou é interrompida antes das cabeças serem recolhidas para o seu parking (local de estacionamento).

Degradação de Pratos

Falhas na cabeça de leitura - decorrentes de acidentes, deformações nos braços ou por desgaste natural - podem causar dano físico aos pratos magnéticos. No entanto, discos avariados - devido a operações em condições impróprias, degradação por tempo de uso e desastres diversos - também pode gerar anomalias, como os famosos riscos, que ocasionam problemas nas cabeças.

Visão lateral ampliada de uma cabeça de leitura

Substituição

Sob condições apropriadas, é possível realizar troca de cabeças de leitura/escrita (head swap) defeituosas para tentar recuperar os dados que ficaram inacessíveis. No entanto o procedimento requer experiência e técnica apurada, além de ferramentas (trocadores, ajustadores, etc.) e um ambiente com controle de partículas (cabine classe 100 ou sala ISO 5).

Trocar cabeças de leitura em HDs é complexo. Embora materiais didáticos mostrem etapas reais e pareçam convincentes, eles costumam omitir requisitos críticos e ações que determinam o sucesso do procedimento. Em suma: vídeos "mirabolantes" vinculados a venda de "cursos", "equipamentos" e "serviços", podem conter aspectos verdadeiros e serem úteis para ilustrar o conceito, mas não refletem a profundidade técnica envolvida em uma execução responsável em cenário real de recuperação corporativa.

Procedimentos de troca consistem basicamente em:

Destravamento e remoção de HSA danificado
Inserção do novo conjunto de cabeças no HD
Acerto mecânico, ajuste lógico e recalibragem

Critérios Básicos

O reparo (estabilização) de discos rígidos, com objetivo de recuperação de dados, envolve o HD paciente e o HD doador. O primeiro é o dispositivo danificado e o segundo é o dispositivo que cederá seu HSA (donor drive, em inglês).

Existem requisitos de equivalência entre paciente e doador para que o "head swap" resulte em um acesso bem-sucedido aos dados contidos no dispositivo de armazenamento. Os critérios podem variar conforme o fabricante (Seagate, WD, Toshiba, Hitachi, Samsung, entre outros).

Critérios básicos de compatibilidade em head swap:

Equivalência entre os modelos e part number
Correspondências de firmwares, região e país
Congruência de DCM/DCX em Western Digital
Comatibilidade entre os números de série S/N

HDs Enterprise

Podem haver diferenças e variações de critérios na execução do procedimento em drives de armazenamento de classe enterprise (IBM, Oracle, Dell, HP e demais). Podemos citar como exemplo, um caso em que a Hosco Recuperação de Dados realizou trocas de cabeças de leitura em HDs SSA pertencentes a um loop em RAID e a um VG de ambiente IBM POWER (com sistema AIX). Neste caso as convenções de head swap para discos convencionais não funcionavam e a equipe precisou fazer adaptações para que o processo fosse concluído com êxito.

HD IBM SSA contendo 10 HGA (cabeças de leitura)

Considerações

A implementação de estratégias preventivas representa a melhor forma de minimizar a necessidade de intervenções em cabeças de leitura e prevenir perda de dados. O monitoramento de parâmetros SMART, a utilização de um sistema de alimentação elétrica resiliente e com no-breaks de boa qualidade, a manutenção de temperaturas operacionais adequadas e a acomodação dos discos rígidos em racks e chassis apropriados (que os mantenham livres de trepidações e de impactos externos), constituem medidas importantes para prolongar a vida útil destes componentes críticos.

É fundamental que informações técnicas sejam apresentadas com transparência, alertando sobre limitações e riscos reais. Tentativas de troca de cabeça de leitura realizadas por pessoas sem ampla experiência e fora de ambiente controlado resultam em agravamento dos danos físicos que podem ser irreversíveis aos pratos magnéticos.

Ambientes que utilizam soluções enterprise devem considerar contratos de manutenção preventiva (como estratégia primária de proteção), complementada por políticas robustas de backup e disaster recovery. Sistemas com menos recursos devem ter, ao menos, uma solução de backup em atividade permanente e funcional.

A análise custo-benefício deve considerar o valor dos dados e o impacto operacional da perda de informações. Em ambientes corporativos, a interrupção de sistemas críticos pode gerar prejuízos superiores ao investimento em uma recuperação profissional. Para cenários envolvendo storages com RAID acometidos por falhas múltiplas de cabeças, a complexidade aumenta exponencialmente, exigindo reconstrução de paridade e ajustes no sequenciamento dos stripes de dados, processo que demanda especialização em recuperação de RAID e ferramentas operacionais adequadas.

Por fim, é importante considerar fatores como idade do equipamento, disponibilidade de backups recentes e nível de importância dos dados. Drives com mais de cinco anos de uso intensivo apresentam maior probabilidade de falhas em cabeças; nestes casos devem ser consideradas as substituições de caráter preventivo.