▷ O que é ssd, como funciona e para que serve?

Discos rígidos, ou melhor, unidades de armazenamento de estado sólido ou SSDs estão aqui para ficar. Quase todos os usuários que compram novos equipamentos podem encontrar uma unidade de armazenamento desse tipo dentro. Mas o que é realmente um SSD e como ele funciona ? Neste artigo, falaremos detalhadamente sobre esse elemento eletrônico e o que o diferencia dos conhecidos discos rígidos HDD.

Índice de conteúdo

Desde alguns anos, tivemos a sorte de experimentar grandes mudanças em nossos computadores. Primeiro foram os processadores com vários núcleos e sua arquitetura. Isso fez com que o equipamento se tornasse cada vez mais rápido, placas gráficas aprimoradas, RAM. Mas ainda havia um grande gargalo em nossa equipe e não era outro senão o disco rígido. Com o computador inteiro cheio de circuitos integrados, ainda tínhamos um elemento mecânico dentro.

Portanto, seria inútil ter um processador extremamente rápido se o acesso ao conteúdo dos dados fosse realmente lento. Por esse e outros motivos, o setor de armazenamento digital começou a trabalhar e, consequentemente, reduziu os custos de criação desse novo tipo de unidades. Como seu custo diminuiu, o mesmo ocorreu com a capacidade de armazenar dados e também com sua confiabilidade.

Atualmente, já temos esse elemento praticamente padronizado e comum em todos os novos equipamentos. E a um preço relativamente acessível. Se você deseja um computador rápido, deve ter um destes para o seu sistema operacional. Então, vamos ver o que são essas unidades SSD.

O que é um SSD

A unidade de estado sólido ou SSD (unidade de estado sólido) é um dispositivo de armazenamento de dados com base no uso de memória não volátil ou comumente chamada de memória flash. Substituindo assim os discos magnéticos dos discos rígidos tradicionais.

Essas memórias flash, sucessoras da antiga EEPROM, permitem operações de leitura e gravação de vários locais de memória na mesma operação, aumentando assim a velocidade em comparação com as memórias da EEPROM, que só podiam ler uma célula de memória em cada operação.

O uso da memória flash envolve o uso de chips para armazenar memória. Ao eliminar as partes móveis de um disco rígido normal, aumentaremos consideravelmente seu acesso e velocidade de gravação.

Em 2010, esses relatórios deram outro salto, o que realmente levou à redução dos custos de fabricação e, portanto, à acessibilidade deles pelos usuários. E é o uso de portas NAND para fabricar essas memórias flash.

Um dos recursos mais impressionantes de um portão lógico NAND (AND ou Y invertido) é que ele pode reter dados internos, mesmo quando a energia foi cortada.

Essas portas NAND são feitas usando transistores de porta flutuante, que é um item em que os bits são armazenados. No caso de memórias RAM, esses transistores precisam de uma fonte de alimentação contínua para manter seu estado, e não nas memórias flash. Quando um transistor de porta flutuante é carregado, ele possui um 0 e, quando é descarregado, possui um 1.

Essas memórias são organizadas em forma de matriz, que por sua vez é formada por uma série de portas NAND consecutivas. Chamamos o bloco matriz completo e as linhas que compõem a matriz são chamadas páginas. Cada uma dessas linhas tem uma capacidade de armazenamento entre 2 KB e 16 KB. Se cada bloco tiver 256 páginas, teremos um tamanho entre 256 KB e 4 MB.

Diferença entre SSD e RAM

Com isso, a primeira coisa que vem à mente é a memória RAM. Como sabemos, esse tipo de memória é usado para fornecer dados e programas ao processador. Quando desligamos um computador, a memória RAM está completamente vazia, ao contrário das unidades SSD.

A diferença está no uso de portões NAND. Esses elementos lógicos armazenam o último estado elétrico interno e também permanecem sem fonte de alimentação.

Tecnologias de Manufatura

Basicamente, existem duas tecnologias de armazenamento para a fabricação desses dispositivos. Começou experimentando unidades baseadas em RAM. Isso exigia um elemento que constantemente os fornecia energia para não perder os dados.

Devido a essas limitações, a tecnologia DRAM nessas unidades foi descartada com o aparecimento de portas NAND com armazenamento não volátil. Essa é a usada atualmente e existem três tecnologias de fabricação diferentes:

SLC ou célula de nível individual

Usando esse método, é possível armazenar um bit de dados para cada célula da memória. Sua construção é feita de pastilhas de silício individuais com as quais você obtém um chip de memória fino e um único nível de armazenamento. Esses chips têm as vantagens de uma maior velocidade de acesso a dados, maior longevidade e menor consumo de energia. Por outro lado, possuem menor capacidade de memória, sendo necessário construir um maior número de porcas, aumentando o custo de construção.

Por enquanto, sua fabricação é limitada a ambientes industriais e de cluster de servidores, nos quais a qualidade do armazenamento deve ser superior.

MLC ou célula multinível

Este método de fabricação é exatamente o oposto do anterior. Cada chip de memória é fabricado empilhando pastilhas de silício para formar um único chip de vários níveis. Como suas vantagens são as de maior capacidade de armazenamento por chip, é possível armazenar dois bits para cada célula, o que perfaz um total de 4 estados diferentes. E também um custo de fabricação mais barato.

Como desvantagens, citamos exatamente o oposto do que no caso anterior: acesso mais lento e chips com menos durabilidade.

TLC ou célula de nível triplo

Nesse caso, o processo de fabricação consegue implementar 3 bits para cada célula, permitindo que até 8 estados sejam armazenados. O preço de fabricação é mais barato e o acesso ao conteúdo é menos eficiente. São, portanto, as unidades mais baratas de adquirir, mas com uma vida útil da célula limitada a cerca de 1000 gravações.

Tecnologia TRIM

Um assunto pendente nas unidades de armazenamento SSD é precisamente a sua durabilidade. As células de memória são degradadas a cada gravação e exclusão executadas nelas, o que faz com que as unidades muito usadas sejam degradadas rapidamente, causando falhas na integridade do arquivo e perda de arquivos.

O processo de exclusão de arquivos de um SSD é bastante complexo. Podemos escrever conteúdo no nível da linha, mas podemos excluir apenas no nível do bloco. Isso implica que, se houver arquivos úteis nesse bloco, além daqueles que devem ser excluídos, isso também será excluído.

Para impedir que arquivos válidos sejam excluídos, esses arquivos devem ser obtidos e salvos em uma nova linha, exclua o bloco e reescreva os dados válidos onde estavam anteriormente. A conseqüência de todo esse processo é uma degradação adicional das células da memória, tendo que fazer gravações e exclusões extras.

Em resposta a isso, emergem tecnologias como o TRIM. O TRIM permite a comunicação entre o sistema operacional e a unidade de armazenamento, para que seja o próprio sistema que informa ao SSD os dados que devem ser apagados. Quando apagamos dados no Windows, eles não são apagados fisicamente, mas adquirem a propriedade de não serem usados. Isso permite diminuir os processos de escrita e apagamento físico das células da memória. Da Microsoft, essa tecnologia foi implementada desde o Windows 7.

Componentes físicos de uma unidade SSD

Em relação aos componentes de uma unidade SSD, podemos mencionar três elementos críticos:

Controlador: é o processador encarregado de administrar e gerenciar as operações realizadas nos módulos de memória NAND.

Cache: também neste tipo de unidades, existe um dispositivo de memória DRAM para acelerar o processo de transmissão de dados da unidade para a RAM e o processador.

Capacitor: Os capacitores têm a função de manter a integridade dos dados quando houver interrupções repentinas de energia. Se houver dados em movimento devido a um corte, graças aos capacitores, será possível armazenar esses dados para evitar perdas.

Tecnologias de conexão

SATA

Os SSDs comuns têm a mesma tecnologia de conexão que os discos rígidos normais, ou seja, eles usam uma porta SATA 3 para conectá-los à placa-mãe. Dessa forma, teremos uma transferência de 600 MB / s.

PCI-Express

Mas há outra tecnologia de conexão e comunicação ainda mais rápida, chamada NVMe. Usando esse método, as unidades serão conectadas diretamente aos slots de expansão PCI-Express em nossa placa-mãe. Dessa maneira, é possível obter velocidades de transferência de até 2 GB / s na leitura e 1, 5 GB / s na escrita.

Como é normal, esses discos rígidos não possuem o formato típico de encapsulamento retangular de 2, 5 polegadas, mas parecem placas de expansão, como capturadores ou placas gráficas sem dissipador de calor.

M.2

Este é o novo padrão de comunicação destinado a substituir o tipo SATA a médio e curto prazo. Ele usa os protocolos de comunicação SATA e NVMe. Essas unidades são conectadas diretamente a uma porta específica localizada na placa-mãe. Dessa maneira, evitamos ocupar slots PCI-E e teremos portas específicas. Esse padrão não possui a velocidade do PCI-E, mas é muito maior que o SATA e já existem unidades de todos os fabricantes a preços moderados.

Aspectos a considerar de um SSD

Ao comprar um SSD, precisamos conhecer suas vantagens e desvantagens e se nosso sistema é apropriado.

Sistemas de arquivos

Como vimos, o gerenciamento de uma unidade SSD é bem diferente do que vimos nos discos rígidos normais. É por isso que os sistemas de arquivos tradicionais tiveram a necessidade de atualizar sua estrutura operacional interna para atender às necessidades dessas unidades. Caso contrário, causaria uma rápida degradação das unidades, reduzindo drasticamente sua vida útil.

NTFS

Um exemplo claro é o sistema de arquivos do Windows. Uma das primeiras otimizações implementadas, desde que o Windows Vista foi o alinhamento correto da partição ao sistema. Isso permitiu a realização de operações extras de leitura e gravação, porque a organização dos setores é diferente em unidades mecânicas e SSD.

Nas versões posteriores do Windows 7, os sistemas implementam melhorias nos SSDs, como a desativação do desfragmentador de arquivos, o serviço Superfetch, ReadyBoost e a introdução do comando TRIM para prolongar a vida útil do SSD.

Vantagens de um SSD sobre um disco mecânico

• Leitura / Gravação: Aumento significativo nas operações básicas, eliminando os componentes mecânicos. Sua característica mais apreciável e significativa. Abertura de aplicativos e arquivos: diretamente do acima exposto, os aplicativos e arquivos abrem muito mais rapidamente e o tempo de inicialização do computador diminui drasticamente. Falhas e segurança: o tempo entre falhas aumenta consideravelmente e a segurança das transações aumenta, melhorando a limpeza de dados e não há variação no desempenho quando a unidade está cheia ou vazia. A exclusão de arquivos também é mais segura, pois uma vez excluídos fisicamente, os arquivos ficam completamente irrecuperáveis. Energia: exigirá menos consumo de energia e produção de calor. Ruído: como não existem elementos mecânicos, a produção de ruído será zero. Peso e resistência: ao reduzir os componentes mecânicos e o tamanho, o peso deles é menor e a resistência a choques é muito melhor.

Desvantagens de um SSD

• Vida útil: essas unidades geralmente têm menos vida útil do que os discos tradicionais. Isso é relativo à intensidade de uso que é dada a eles e à tecnologia de fabricação. Preço: o custo por GB é consideravelmente mais alto que os discos tradicionais. Portanto, encontramos discos com capacidade muito menor a preços mais altos. Capacidade de armazenamento: os discos rígidos ainda existem no mercado com menos capacidade de armazenamento do que os discos mecânicos. Não devido a limitações de hardware (desde há algum tempo, foi publicado que a Nimbus Data planejava construir um SSD de 100 TB), mas por causa do custo delas. Recuperação de dados: Conforme discutido nas vantagens, os SSDs excluem arquivos permanentemente, e isso também é uma desvantagem se o que queremos é recuperar arquivos excluídos. Apesar disso, a tecnologia TRIM nos oferece uma oportunidade a esse respeito. Falhas catastróficas: enquanto os discos mecânicos estão gradualmente se degradando e podemos notar, os SSDs falham sem aviso e esse erro é total e final. Portanto, perderemos os arquivos quase completamente com segurança. Tarefas de manutenção: nesse caso, essas tarefas são muito prejudiciais para o disco rígido. Desfragmentar um SSD não faz sentido, mas não é recomendável configurar parte do espaço na memória virtual. Esse processo faz com que ele se desgaste ainda mais.

Se você quiser conhecer todos os detalhes sobre discos rígidos mecânicos, recomendamos nosso artigo:

Com isso, concluímos nossa explicação sobre o que é um SSD e como ele funciona. Isso foi útil para você? Você tem alguma pergunta? ?