SSD, ou “discos” de estado sólido

Pois bem, deixe-me então começar explicando por que o termo “discos”, no parágrafo anterior, foi grafado entre aspas. Segundo o dicionário Houaiss as aspas são usadas como sinal gráfico, entre outros casos, para indicar um sentido figurado. No nosso caso se aplica porque, de discos, os SSD nada têm. O nome (inclusive em inglês: SSD é o acrônimo de “Solid State Disk”) foi adotado porque o dispositivo cumpre exatamente as mesmas funções dos discos magnéticos – estes, sim, constituídos de um ou mais discos revestidos por um material magnetizável que giram no interior de uma caixa metálica fechada. E cumpre tais funções de forma tão exata que se pode simplesmente substituir um pelo outro sem qualquer alteração no hardware ou na configuração da máquina ou do sistema. Veja, na Figura, o mesmo SSD, com e sem de sua caixa plástica. Como se pode notar, em seu interior não há discos, motores ou quaisquer peças móveis.

 

SSD são, portanto, dispositivos de armazenamento de massa, ou seja, são capazes de armazenar grande quantidade de dados. E, neste caso considere que o número de bytes abrangidos pela a expressão “grande quantidade” varia enormemente conforme o contexto; os primeiros discos magnéticos podiam conter poucas dezenas de MB enquanto os mais novos podem armazenar alguns TB, ou seja, alguns milhões de MB. Já os primeiros SSD tinham capacidade em torno de 32 GB, como o da Figura 1, enquanto recentemente foi lançado o primeiro exemplar de 1 TB.

No que toca à sua classificação como “memória”, da mesma forma que os discos rígidos magnéticos, SSD podem ser classificados como memória secundária ou externa, aquela situada fora da placa-mãe, cujos dados são acessados através de um barramento.

A diferença básica entre os SSD e os discos magnéticos é que, enquanto nos últimos usa-se pontos magnetizados da superfície de um disco para armazenar dados digitalizados (ou seja, dados codificados numericamente e expressos no sistema numérico de base 2, ou sistema binário), os SSD armazenam os mesmos dados em células de memória “flash”, essencialmente o mesmo tipo de memória de semicondutores usado nos “pen-drives”, estes pequenos dispositivos portáteis que se tornaram tão populares na última década. E como o acesso à memória é centenas – quando não milhares – de vezes mais rápido que o acesso a superfícies magnéticas, os SSD são extraordinariamente mais rápidos que os discos magnéticos. E podem ser bem menores. Veja, na Figura 2, um pequeno disco SSD apoiado sobre um disco magnético comum, de 3,5”, desses usados em nossos computadores de mesa.

Uma descrição detalhada de como funcionam os SSD não caberia aqui, mesmo porque seria redundante: há alguns anos, pouco depois deles terem sido lançados, escrevi alhures uma pequena série de quatro colunas exatamente com este objetivo. Como tudo o que escrevo em qualquer veículo de comunicações. Portanto, aqui vamos apenas dar uma explicação sucinta sobre o funcionamento básico dos SSD e procurar enfatizar as mudanças e avanços incorporados depois que as colunas acima citadas foram publicadas. O que não será pouco: como vimos na coluna anterior, a rapidez com que as coisas evoluem neste campo é vertiginosa…

Essencialmente um SSD é um dispositivo de armazenamento de massa que usa circuitos integrados de memória não volátil e não permanente (memória flash) para armazenar dados de forma persistente. Em seu interior não há peças móveis, apenas circuitos eletrônicos. Em virtude disto são absolutamente silenciosos, mais resistentes a choques e muito mais rápidos que discos magnéticos. Sua conexão ao computador usa a mesma interface e conectores dos discos magnéticos (geralmente padrão SATA, embora tenham sido fabricados alguns modelos aderentes ao padrão IDE) portanto podem substituir um disco magnético sem exigir qualquer alteração no hardware ou software (hoje os protocolos de comunicação e interfaces estão sendo alterados para levar em conta a existência dos SSD e tirar máximo proveito de suas vantagens sem, no entanto, perder a compatibilidade com os discos magnéticos; estas alterações serão discutidas adiante).

Os primeiros SSD, se comparados aos discos magnéticos, a par de suas imensas vantagens apresentavam três desvantagens sérias: custo muito superior (de cinco a oito vezes maior), menor capacidade (há dois ou três anos os de maior capacidade armazenavam 128 GB) e um problema inerente às memórias tipo flash: vida útil limitada pelo número de vezes que se gravam dados na memória.

Este último ponto merece uma explicação mais detalhada. A memória secundária deve ser do tipo não volátil (preserva dos dados nela armazenados mesmo quando não alimentada por energia elétrica) e não permanente (permite alterar os valores armazenados sobrescrevendo os anteriormente gravados nas diversas células de memória). Para um disco magnético isto não representa problema: como os dados são armazenados através de pontos magnetizados nas superfícies dos discos, eles podem aí permanecer indefinidamente com ou sem alimentação elétrica e, para alterá-los, basta aplicar novamente um campo magnético sobre cada ponto. Já memórias flash são diferentes. Sendo memórias de semicondutores, para que não seja alterado o estado da célula ao longo do tempo (ou seja, para não “perder” o dado nela armazenado) é preciso manter sempre uma tensão elétrica aplicada. Por outro lado, para ser não volátil, a memória deve manter os dados mesmo quando não alimentada por energia elétrica. Estas duas características aparentemente irreconciliáveis foram engenhosamente combinadas na memória flash mediante o uso de um componente interno adicional, o “float gate”, que preserva a carga elétrica aplicada à célula de memória mesmo quando o circuito externo não é alimentado.

Funciona perfeitamente, como sabem todos os que usam “pen-drives” para carregar dados de um lado para outro. Mas tem um inconveniente: cada vez que uma nova tensão elétrica é aplicada sobre ele, o “float gate” perde um pouquinho, só um pouquinho, de sua capacidade de manter a carga. Resultado: com o passar do tempo e depois de alguns bilhões de vezes que teve seu estado alterado, ele acaba se tornando totalmente incapaz de manter a carga e a célula não mais consegue manter o dado nela armazenado quando se corta a alimentação elétrica. Por isto a memória flash tem sua vida útil limitada. Como isto só acontece quando novas cargas são sucessivamente aplicadas sobre a célula, a vida útil depende do número de vezes que o valor da célula é alterado, ou seja, um novo valor é nela escrito. Já no que toca à operação de leitura, como ela independe da aplicação de tensão para forçar a mudança de estado da célula, pode ser feita um número ilimitado de vezes.

Se tudo isto lhe pareceu complicado, esqueça. Lembre-se apenas do essencial: uma célula de memória flash tem um tempo de vida limitado e este limite depende do número de vezes em que novos dados são nela gravados. Já como pode-se ler os dados quantas vezes se queira sem causar qualquer prejuízo, a operação de leitura não afeta a vida útil.

Logo, a vida útil da memória flash depende da frequência com que novos dados são gravados (adiante veremos como a evolução tecnológica tem tentado contornar este problema).

Até aqui somente nos preocupamos com a forma pela qual os dados são armazenados nos SSD. Mas de nada adianta armazenar dados em uma memória externa se não pudermos transportá-los até a memória primária, ou RAM, quando deles lá necessitamos. Por isto todo SSD tem, em seus circuitos eletrônicos, um microprocessador que coordena a entrada e saída (escrita e leitura) dos dados na unidade, além de executar outras importantes funções como correção de erros, mapeamento de setores defeituosos, controle do “cache” de dados e coisas que tais. Esse componente é de grande importância no que toca ao desempenho dos SSD e voltaremos a abordá-lo adiante.

O transporte de dados entre memórias primária e secundária é feito através de um barramento (conjunto de condutores elétricos e seus dispositivos de controle que interligam os componentes internos e externos de um computador) obedecendo a um protocolo (conjunto de regras que regulam o tráfego de dados no barramento).

Até recentemente o barramento usado para conectar a memória externa com a placa-mãe (onde se aloja a memória RAM) não tinha muita importância, posto que o fluxo de dados através dos barramentos usuais (especialmente o SATA, até recentemente o mais usado pelos SSD e relativamente rápido) era muito maior do que a rapidez com que os dados que nele transitavam podiam ser fornecidos ou recebidos pelos discos magnéticos. Mas com a disseminação dos SSD as coisas mudaram. A rapidez com que podem ser lidos é tanta – e, portanto, o tempo que leva entre uma requisição de leitura e o momento em que os dados estão prontos para serem transferidos, ou tempo de acesso, é tão pequeno – que no caso dos modernos SSD o barramento acabou se transformando em um gargalo.

Isto fez com que se procurasse um barramento mais rápido e se adaptasse a ele o protocolo de transferência de dados.

O barramento mais rápido atualmente disponível é o PCIe, ou PCI Express. Que foi o escolhido para conectar os SSD de grande desempenho. Mas como não se pode conectar a um barramento PCIe um dispositivo que usa o protocolo SATA, foi necessário alterar este protocolo. O que resultou na criação do SATA Express, ou SATAe.

 

Fonte: http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2013/08/ssd-o-que-sao.html

   
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