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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
Engenharia de Computação
Felipe Anderson Bragion
ANÁLISE DE CARACTERÍSTICAS
DE SOLID-STATE DRIVES
Itatiba 2012
Felipe Anderson Bragion – RA: 002200700908
ANÁLISE DE CARACTERÍSTICAS
DE SOLID-STATE DRIVES
Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de
Computação da Universidade São Francisco, como
requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em
Engenharia de Computação, sob a orientação da Profa.
MS. Vânia Franciscon Vieira.
Itatiba 2012
DEDICATÓRIA
Dedico este projeto primeiramente a Deus, pela saúde e fé depositada em mim.
À minha família que me ajudou em todos os momentos difíceis que enfrentei me
dando forças para continuar.
À minha namorada que sempre esteve presente, incentivando meus estudos.
Á meus colegas da empresa Smart Modular que me ajudaram durante todo esse
trabalho.
À todos meu amigos que tiveram do meu lado durante todos esses anos, em
especial a um que infelizmente não está mais aqui entre nós, Miguel.
Minha eterna gratidão.
AGRADECIMENTOS
O trabalho desenvolvido não seria realizado sem a ajuda de algumas pessoas
as quais preciso agradecer:
Primeiramente agradeço a Deus por permitir que eu conclua mais esta etapa
na minha vida.
Agradeço minha família por todo incentivo e apoio que me prestaram ao longo
do meu curso, pois estavam presentes em todos os momentos que mais precisei.
Aos meus colegas de faculdades onde tive o prazer de executar trabalhos e
estudos juntos, aos excelentes professores que conheci nesta jornada, que me
ofereceram inúmeros conhecimentos que levarei para o resto da vida.
Agradeço em especial à Professora Vânia Franciscon Vieira que me orientou
com muita eficiência no desenvolvimento deste trabalho.
Com certeza esta etapa em minha vida não seria concluída sem a ajuda de
vocês, deixo aqui o meu muito obrigado à todos.
“Tenha em mente que tudo que você aprende na
escola é trabalho de muitas gerações. Receba essa
herança, honre-a, acrescente a ela e, um dia, fielmente,
deposite-a nas mãos de seus filhos”.
Albert Einstein
RESUMO
Com o grande volume de dados gerados diariamente cada vez maior mais os
computadores, servidores, e datacenters precisam ter um melhor desempenho, para
isso os componentes como memória, processador e placas de vídeo tiveram uma
grande evolução no últimos anos apenas o HD não evoluiu na mesma
proporcionalidade sendo motivo em algumas situações à causa de gargalo no
sistema. Para suprir essa deficiência outro dispositivo começou a ser utilizado, as
unidades de estado sólido, baseados em tecnologia Flash NAND SLC ou MLC os
SSDs não possuem parte móveis iguais aos HD normais tendo uma melhor
resistencia a impactos e vibrações, menor consumo de energia e menor emissão de
calor, o desempenho também é superior tanto na escrita ou na leitura de dados,
grandes empresas como Samsung, Kingston e Intel estão investindo pesado nesse
tipo de tecnologia pensando que no futuro ela substituirá a tecnologia de discos
magnéticos já defasada e se tornara à líder de mercado em armazenamento de
dados. O objetivo desse trabalho foi fazer um estudo do SSD demonstrando sua
arquitetura, vantagens e desvantagens e as principais diferenças entre ele e o HD
tradicional e mostrando a qual mercado cada tecnologia é mais bem empregada e o
que podemos esperar do SSD para o futuro. Para isso foram feitas pesquisas e
testes práticos para comprovar o que foi descrito no projeto. Após todo o
levantamento bibliográfico e testes o que se concluiu é que a tecnologia de Solid-
State drives são superiores aos HDs tanto na arquitetura, desempenho e na
flexibilidade de uso.
Palavras chaves: HD. Unidades de estado sólido. SSDs. Flash. SLC. MLC.
ABSTRACT
With the generated volume of data growing daily, more computers, servers,
and datacenters must have a better performance. For that, components like memory,
processors and video cards have had a great evolution in recent years. Only the hard
disks haven’t evolved proportionality, being then the main reason for bottleneck
points in the system. To compensate this deficiency, another device began to be
used, the Solid-State Drive, which are based on NAND Flash technology, SLC or
MLC. The SSDs do not have movable parts such as a normal HD. Therefore, they
have a better resistance to shock and vibration, lower power consumption and lower
heat emission. The performance is also superior both in writing or reading data.
Large companies as Samsung, Kingston and Intel are investing heavily on this type
of technology considering that, in the future, it will replace the magnetic disk
technology, which is already outdated, and will become the market leader in data
storage. This study is aimed at demonstrating the SSD architecture, advantages and
disadvantages and the main differences between it and a traditional HD, and also
showing at which market each technology is best used, and what we can expect from
the SSD for the future. To prove what was described in the project and achieve our
results, a research was conducted, as well as practical tests. After all the
bibliographical survey and tests, it was concluded that the technology of solid-state
drives is superior to HDs in architecture, performance and flexibility of use.
Keywords: HD. Solid-State Drive. SSDs. Flash. SLC. MLC.
8
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Primeiro Hard Disk ................................................................................ 17
FIGURA 2 – Modelo de SSD Toshiba ....................................................................... 19
FIGURA 3 – Chips de memória Flash NOR .............................................................. 21
FIGURA 4 – Memória Flash do tipo NAND ............................................................... 22
FIGURA 5 – Comparação de NAND e NOR. ............................................................ 23
FIGURA 6 – Comparação de desempenho NAND vs. NOR. .................................... 24
FIGURA 7 – Dispositivo Flash pendrives, cartões microsd e miniSD. ....................... 27
FIGURA 8 – Estrutura do SSD .................................................................................. 28
FIGURA 9 – Modelo de SSD com supercapacitor. .................................................... 30
FIGURA 10 – Formatos de SSD. .............................................................................. 31
FIGURA 11 – Garbage Collection. ............................................................................ 34
FIGURA 12 – Comparação entre HD e SSD ............................................................. 35
FIGURA 13 – Comparação entre um HD SAS e o SSD X25. ................................... 36
FIGURA 14 – Comparação de tempo de execução. ................................................. 37
FIGURA 15 – SSD Force GT .................................................................................... 44
FIGURA 16 – SSD Performance Pro ........................................................................ 45
FIGURA 17 – SSD INTEL 320 Series ....................................................................... 46
FIGURA 18 – SSD Hyper X....................................................................................... 47
FIGURA 19 – SSD Momentus XT ............................................................................. 48
FIGURA 20 – Características disco híbrido HD/SSD – Momentus XT ...................... 48
FIGURA 21 – Comparativo do Momentus XT com outros dispositivos ..................... 50
FIGURA 22 – Resultado de tempo de leitura do HD ................................................. 52
FIGURA 23 – Resultado de tempo de leitura do SSD ............................................... 53
9
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Comparação de SLC, TLC e MLC ........................................................ 26
TABELA 2 – Comparação de SLC e MLC ................................................................. 26
TABELA 3 – Áreas de utilização de SLC, MLC e TLC. ............................................. 27
TABELA 4 – Resultados teste prático. ...................................................................... 54
10
LISTA DE FÓRMULAS
FÓRMULAS 1 – Durabilidade do SSD ...................................................................... 40
11
LISTA DE SIGLAS
CD Compact Disc
DVD Digital Versatile Disc
DRAM Dynamic Random Access Memory
ECC Error Correction Code
EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read Only
Memory
EPROM Erasable Programmable Read Only Memory
GB/s Gigabytes por Segundo
GPS Global Positioning System
HD Hard Disk
IBM International Business Machines
IDE Integrated Drive Electronics
KB Kilobytes
LBA Logical Blocking addressing
MB/s Megabytes por Segundo
MLC Multi-Level Cell
NAND Not AND
NCQ Native Command Queueing
NOR Not OR
RAM Random Access Memory
ROM Read-Only Memory
S.M.A.R.T. Self-Monitoring, Analysis and Reporting
SATA Serial Advanced Technology Attachment
SD Secure Digital Card
SDRAM Synchronous Dynamic RAM
12
SLC Single-Level Cell
SO Sistema operacional
SSD Solid-State Drive
SRAM Static Random Access Memory
TB Terabytes
TLC Three-Level cell
USB Universal Serial Bus
13
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 14
1.1 OBJETIVOS ........................................................................................................ 15
1.2 METODOLOGIA .................................................................................................. 15
1.3 RESULTADOS ESPERADOS ............................................................................. 15
2. EVOLUÇÃO DOS DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO ............................... 16
3. SOLID-STATE DRIVE........................................................................................... 18
4. MEMÓRIA FLASH ................................................................................................ 20
4.1 Not OR (NOR) e Not AND (NAND) ..................................................................... 21
4.1.1 FLASH NOR ..................................................................................................... 21
4.1.2 FLASH NAND ................................................................................................... 22
4.1.3 DIFERENÇAS ENTRE NOR E NAND .............................................................. 22
4.2 ESTRUTURAS SLC, MLC e TCL. ....................................................................... 25
5. ARQUITETURA SSD ............................................................................................ 28
5.1 TAMANHO DA UNIDADE - FATOR DE FORMA ................................................ 31
5.2 FUNCIONAMENTO DO SSD .............................................................................. 32
6. COMANDO TRIM e TECNOLOGIA S.M.A.R.T. ................................................... 33
7. SSD vs. HD ........................................................................................................... 35
8. DIFERENÇA ENTRE UM SSD E UM CARTÃO DE MEMÓRIA ........................... 39
9. DURABILIDADE DO SSD .................................................................................... 40
10. APLICAÇÕES DO SSD ...................................................................................... 41
10.1 NOTEBOOKS .................................................................................................... 41
10.2 SERVIDORES WEB .......................................................................................... 41
10.3 MILITAR E AEROESPACIAL ............................................................................ 42
10.4 HOSPITAIS, ENTUSIASTAS E INDÚSTRIAS. ................................................. 43
11. MODELOS DE MERCADO ................................................................................. 44
12. TESTE ................................................................................................................. 51
12.1 RESULTADOS OBTIDOS. ................................................................................ 52
13. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 56
14. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................... 57
14
1. INTRODUÇÃO
Com o grande volume de dados gerados diariamente é necessário cada vez mais
que os computadores, servidores e datacenters consigam ter um processamento cada vez
maior. (CAMPARDO ET AL, 2012).
Para isso nos últimos anos os componentes do computador têm evoluído: memória,
processador e placas de vídeo, apenas o Hard Disk (HD) não evoluiu na mesma
proporcionalidade sendo motivo, em algumas situações, a causa de gargalo no sistema.
Uma solução encontrada para esse problema foi a memória flash, que com os grandes
investimentos, e a evolução nos processos de produção, fez dela a tecnologia de ponta para
armazenamento de dados (MORIMOTO, 2009).
A memória flash esta sendo muito usada para pendrives e cartões de memória que
são utilizados em celulares, filmadora e em câmeras digitais pela velocidade de
transferência dos dados e por poder gravar e regravar diversas vezes. Com uma arquitetura
baseada em Flash os Solid-State Drives (SSD), podem ser considerados a maior revolução
dentro do ramo dos dispositivos de armazenamento desde o International Business
Machines (IBM) 350, pois utilizam um conceito totalmente diferente do que conhecemos
hoje, sem ter partes móveis como discos, cabeçotes de leitura e escrita entre outros
mecanismos, que fazem parte de um HD magnético, o SSD utiliza chips de memória Flash
(CAMPARDO ET AL, 2012).
O Solid-State Drive ou unidade de estado sólido em português é um dispositivo
construído em torno de um circuito integrado semicondutor com chips de memória Flash do
tipo NAND e tem como característica principal não ter partes móveis como em HDs comuns,
com isso são mais resistentes a impactos e consomem menos energia.
O armazenamento é feito nesses chips de memória flash, tornando o acesso muito
mais rápido aos dados e ocupam um espaço físico bem menor tornando seu uso bem mais
flexível e para diferentes tipos de dispositivos.
As grandes empresas que atuam nesse ramo de armazenamento como Samsung,
Smart, Sandisk, Kingston, Toshiba e Intel, que antes não era voltada para esse ramo, mas
foi à primeira empresa a lançar uma linha de SSD, estão investindo muito nessa tecnologia
porque acreditam que ela substituirá os HDs no futuro, com isso os SSDs estão sendo
utilizados principalmente em notebooks, netbooks e atualmente em ultrabooks.
O grande fator que ainda impede que esse tipo de tecnologia se torne realmente a
líder de mercado em dispositivos de armazenamento é o seu preço que comparado às
outras tecnologias é realmente alto.
15
1.1 OBJETIVOS
A elaboração deste projeto tem como objetivo fazer uma análise do SSD
demonstrando sua arquitetura, vantagens e desvantagens e as principais diferenças entre
ele e o HD tradicional e mostrando a qual mercado cada tecnologia é mais bem empregada
e o que pode-se esperar do SSD para o futuro.
1.2 METODOLOGIA
Para conhecer toda arquitetura do SSD e suas características, será realizado um
estudo tendo como base as referencias bibliográficas que foram apresentadas neste plano
inicial além de outras a serem pesquisadas no andamento do trabalho.
O SSD utiliza memória flash, portanto será realizado um estudo para apontar as
principais características, bem como a história da tecnologia de gravação Flash.
Uma pesquisa de mercado será realizada, considerando os fabricantes, preços,
qualidade, desempenho e qual a disponibilidade dessa tecnologia tanto pra as empresas
quanto para o usuário comum.
Um teste será realizado para validar todas as informações teóricas, realizando testes
com SSD e HD em diversas características como velocidade de leitura, temperatura e tempo
de acesso.
No final do projeto todas as informações serão reunidas e assim será possível
chegar a uma conclusão onde poderá ser avaliado todas as qualidades do SSD e seu
potencial de mercado.
1.3 RESULTADOS ESPERADOS
Após realizado o projeto, espera-se avaliar com clareza de detalhes as
características, usabilidade, aplicações, benefícios, custos, desempenho , entre
outros, do SSD em comparação com outras tecnologias de armazenamento de
dados disponíveis no mercado.
16
2. EVOLUÇÃO DOS DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO
Atualmente vivemos uma grande evolução na tecnologia dos dispositivos de
armazenamento, podemos levar músicas, fotos, filmes, jogos, programas e trabalhos para
qualquer lugar através de dispositivos que cabem no bolso, mas antes dessa evolução não
podemos esquecer-nos de como tudo começou.
A evolução dos dispositivos de armazenamento segundo o site TIMETOAST (2011):
1975 - Criado o cartão perfurado;
1846 - Criada a fita perfurada
1928 - Criada a fita magnética;
1956 - A IBM colocava no mercado o primeiro computador com o disco rígido de 5
MB;
1967 - Criado o disque de 8 polegadas que guardava 80 MB;
1973 - Criado o HD com a capacidade de 30 MB;
1976 - criado disquete de 5,25 polegadas;
1979 - Desenvolvido o CD;
1982 - Criado o disquete de 3,5 polegadas;
1982 - Outros fabricantes além da IBM entram no ramo de HDs;
1984 - Foi desenvolvido o CD- ROM;
1988 - Criada a fita cassete;
1990 - Desenvolvido Disco Ótico-Magnético;
1990 - Lançamento dos primeiro produtos baseados em chips Flash.
1994 - Criado o padrão compact Flash pela SanDisk a partir do padrão PC-
Card/PCMCIA;
1995 - Criado o DVD 4.7GB;
1995 - Criado o Solid State Floppy Disk Card;
1996 - Criado o DVD dual layer com capacidade 8.5 GB;
1997 - Lançamento do Multimedia Card ou simplesmente MMC;
1997 - Lançamentos do DVD-R;
1998 - Lançamento do memory Stick;
1999 - Lançamento do cartão SD Card;
2000 - Lançamento dos chips de memoria Flash NAND;
2001 - Lançamento dos pendrives;
2003 - Lançamentos do Bluray 25 GB ou 50 GB;
2003 - Lançamento do xD Picture Card;
2003 - Lançamentos do cartão Mini SD;
17
2004 - Lançamento do HD DVD -15 ou 30GB;
2007 - Lançamento da linha SSD 5000 para notebooks;
2010 - SSD começa a substituir os HDs tradicionais;
2010 - Lançamentos de HD de 200 Teras;
2010 - Lançamentos dos pendrives 3.0.
A Figura 1 demonstra o primeiro disco rígido criado pela IBM, ele foi construído em
1956 e era formado por um conjunto de nada menos que 50 discos de 24 polegadas de
diâmetro e tinha altura de 1.7 m, com uma capacidade total de 5 MB algo espantoso para a
época. e tinha altura de 1.7 m (CAMPARDO ET AL, 2012).
FIGURA 1 – PRIMEIRO HARD DISK
FONTE: CAMPARDO ET AL. (2012)
Apesar de todas essas evoluções na tecnologia de armazenamento de dados o HD
não conseguiu acompanhar com mesma velocidade a evolução de outros componentes
como placa-mães, processadores, memória sendo a causa de problemas de desempenho
em servidores, computadores e datacenters, agora já possível solucionar isso utilizando
uma tecnologia totalmente diferente das dos HDs tradicionais, sem partes móveis, mas
utilizando uma arquitetura baseada em Flash os SSDs trouxeram uma nova visão para o
mercado de armazenamentos de dados.
18
3. SOLID-STATE DRIVE
Solid-State drive que em português significa unidade de estado sólido é um
dispositivo de armazenamento de dados baseado em Memória Flash que vem ocupando o
lugar do HD tradicional nos últimos anos. Sua principal característica é não possuir partes
mecânicas iguais aos HDs tradicionais (motores, discos e cabeçotes de leitura e gravação),
é construído em volta de um circuito integrado semicondutor igual à pendrives e cartões de
memória (CAMPARDO ET AL, 2012), assim tendo diversas vantagens e também
desvantagens que serão apresentadas durante este trabalho.
Para muitos o SSD é uma tecnologia recém-criada, mas já existe algum tempo, o
primeiro criado foi feito pela DataRAM CORP chamado de Core Bulk em 1976 para
minicomputadores como DEC e Data General, consistia de um rack medindo 19 cm de
largura por 15,75cm de altura, continha até oito placas de memória, cada uma de 256 Kb de
memória RAM fornecendo 2 MB de armazenamentos de dados. A Texas System Memory
introduziu a 16 kilobytes (KB) de Random Access Memory (RAM) drive de estado sólido em
1978 para ser usado por empresas petrolíferas para a aquisição de dados sísmicos. No ano
seguinte, Storagetek desenvolveu o primeiro tipo moderno de unidade de estado sólido
(KEREKES, 2012).
De acordo com o BENJ (2012) o Core Bulk, incluindo uma placa controladora e 256
KB de armazenamento custava 9700 dólares em 1977, que é equivalente a 36.317 dólares
hoje. Assim o preço de um SSD de 1 Terabytes (TB) com valor de cerca de 1.100 dólares
hoje custaria 152 bilhões de dólares naquela época.
Apesar da tecnologia de estado sólido não ser recente, os SSDs só começaram a ser
vendidos em 2007, mas por terem um preço muito alto e ter pouco espaço de
armazenamento não tiveram tanto sucesso. Atualmente os SSDs já tem um preço mais
baixo e possuem um espaço de armamentos maior, mas comparado a um HD normal, o
preço chegar a ser cinco vezes mais alto e o espaço de armazenamento cinco vezes menor.
A Figura 2 mostra o modelo de SSD desenvolvido pela Toshiba de 128 GB, na parte
da direita da foto pode ser visualizada a placa contendo os chips de memória Flash aonde
os dados são armazenados e na esquerda o case de 2.5 polegadas com a interface Serial
Advanced Technology Attachment III (SATA) para uso em notebooks.
19
FIGURA 2 – Modelo de SSD Toshiba
FONTE: TOSHIBA (2012).
A principal diferença do SSD para o HD normal é a sua arquitetura baseada em
Flash, a seguir será explicado às características de Flash como historia, tipos, estruturas,
vantagens e desvantagens.
20
4. MEMÓRIA FLASH
A tecnologia de memória flash é uma mistura de tecnologias EPROM e EEPROM. O
termo "Flash" foi escolhido por que é possível apagar um bloco de memória de uma só vez.
O nome, já distingue o dispositivo Flash da EEPROM, onde cada byte é apagado
individualmente. A Tecnologia de memória Flash é hoje uma tecnologia madura. É uma forte
concorrente para outras memórias não voláteis, como Erasable Programmable Read-only
Memory (EPROM), Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) e
para algumas aplicações Dynamic Random Access Memory (DRAM) (CAMPARDO ET AL,
2012).
A Definição de memória Flash segundo ALECRIM (2011):
“Flash, um tipo de memória EPROM desenvolvido pela Toshiba nos
anos 1980. Os chips Flash são ligeiramente parecidos com a
memória RAM usada nos computadores, permitindo que múltiplos
endereços sejam apagados ou escritos numa só operação. Em
termos leigos, trata-se de um chip re-escrevível que, ao contrário de
uma memória RAM convencional, preserva o seu conteúdo sem a
necessidade de fonte de alimentação (por exemplo, quando a bateria
acaba ou o dispositivo é desligado). Fazendo uma comparação
grosseira, o conceito de gravação de dados em um chip Flash é
semelhante ao processo de gravação de dados em mídias CD-RW:
de acordo com a intensidade de energia aplicada (no caso do CD-
RW, laser), há gravação ou eliminação de informações”.
Por guardar os dados sem precisar de energia ou de uma bateria Flash se tornou
uma das principais tecnologias de armazenamento de dados das últimas décadas,
possibilitando o desenvolvimento de diversos dispositivos como cartões de memória, SSDs,
pendrives, mp3, Ipods entre outros, que sem essa tecnologia dificilmente existiriam e a
memória Static Random Access Memory (SRAM) ainda seria utilizada e todos os dados se
perderiam quando a bateria fosse removida e com o preço mais elevado.
As vantagens desse tipo de tecnologia são diversas de acordo com Giovanini (2010):
Ocupa pouco espaço físico;
Baixo consumo de energia;
Alta resistência e durabilidade;
Segurança;
Erro Correcting Code (ECC) algoritmo que permite detectar erros na transmissão de
dados;
Não possui partes móveis, evitando problemas mecânicos.
21
Existem tipos e diferentes estruturas de memória Flash que serão explicadas a
seguir. Os tipos são a memória Flash Not OR (NOR) e a memória Flash Not AND (NAND).
4.1 Not OR (NOR) e Not AND (NAND)
Toshiba foi à criadora de ambos os tipos na década de 1980. Estas novas memórias
foram desenvolvidos para responder à necessidade de uma memória não volátil que é
facilmente reprogramável dentro de um sistema. As memórias do tipo não volátil são
realmente necessárias já que dos dados não são perdidos em caso que é desligado, ou
após uma falha de energia (TOSHIBA, 2012).
4.1.1 FLASH NOR
A memória Flash do tipo NOR chegou ao mercado em 1988, possui um acesso às
células de memória de forma aleatória quase igual à memória RAM, mas a diferença é que
esse processo é feito com grande velocidade, que ocasiona um acesso muito mais rápido a
dados que estão espalhados em diversas posições, sem necessidade de ser sequencial
(ALECRIM, 2011).
Começou a ser utilizada para fazer armazenamento de BIOS das placas-mães e
também firmwares de diversos dispositivos que antes era usado memória Read-Only
Memory (ROM) ou EPROM. O problema desse tipo de memória é que possui um custo
elevado e, o tempo necessário para gravar os dados nas células é alto (Giovanini, 2010).
As memórias Flash do tipo NOR permitem cerca de 100.000 ciclos de escrita antes
de se esgotarem, na Figura 3 é demonstrada a memória Flash do tipo NOR que é usada
principalmente para armazenar BIOS de placa mãe.
FIGURA 3 – Chips de memória Flash NOR
FONTE: MORIMOTO (2007).
22
4.1.2 FLASH NAND
A Memória Flash NAND trabalha em alta velocidade, faz acesso sequencial às
células de memória e as trata em blocos de células, em vez de acessá-las de maneira
individual. Cada bloco é formado por diversas páginas que geralmente tem o tamanho de
512, 2048 ou 4096 bytes. Em geral, as memórias NAND armazenam mais dados que
memórias NOR, considerando blocos físicos de tamanhos equivalentes (Alecrim, 2011).
Este tipo de memória pode ser reescrita até 1.000.000 de vezes e pode recuperar ou
gravar os dados como páginas simples, mas não pode recuperar bytes individuais como a
Flash NOR, por ser mais barata é usada em SSDs, em câmeras digitais, telefones celulares
(para armazenamento de dados) e em outros dispositivos nos quais os dados são
geralmente gravados ou lidos em ordem sequencial, atualmente são os tipos de memória
mais usados em dispositivos portáteis (Giovanini, 2010).
A Figura 4 demonstra um exemplo de memória Fash do tipo NAND:
FIGURA 4 – Memória Flash do tipo NAND
FONTE: ALECRIM (2011).
4.1.3 DIFERENÇAS ENTRE NOR E NAND
A principal diferença entre esses tipos de memória são que NOR trabalha com uma
leitura aleatória já a NAND trabalha de forma sequencial o acesso às células de memória,
outra diferença é que nos chips NAND o espaço de armazenamento é maior já as memórias
do tipo NOR tem o custo mais elevado e a leitura é muito mais rápida. (TOSHIBA, 2012).
Existem outras características que serão citadas abaixo:
1. Características da memória Flash NOR segundo TOSHIBA (2012):
Não precisa de energia para manter os dados;
É executado diretamente sem precisar ser copiado para memória RAM;
23
Permite que instruções sejam recuperadas e executadas direto do chip;
É mais rápida, porém mais cara;
Leitura rápida, porém demora apagar e escrever novos dados;
Permite acesso aleatório.
2. Características da memória Flash NAND segundo TOSHIBA (2012):
Maior armazenamento;
Mais rápida na hora de gravar dados;
Não precisar de energia para manter os dados;
Não precisa de bateria;
Mais barata. A Figura 5 representa um gráfico radar que faz comparações entre NOR e NAND em
alguns aspectos, pode-se citar alguns como exemplo, o custo por bit que para NAND o valor
é baixo representado na linha azul já a NOR possui um valor alto. Em relação à velocidade
de escrita NAND tem um valor alto nesse quesito já a NOR está representada no gráfico em
nível abaixo, na velocidade de leitura NOR tem uma rápida leitura como representa a linha
verde do gráfico já a NAND tem uma velocidade abaixo de NOR, mas não está em um nível
baixo pode se dizer que está em um nível intermediário alto.
FIGURA 5 – COMPARAÇÃO DE NAND E NOR.
FONTE: TOSHIBA (2012).
24
A Figura 6 representa uma comparação entre NOR e NAND em velocidade de
leitura, velocidade que os dados são apagados, velocidade de acesso a programas e
tamanho de armazenamento.
FIGURA 6 – COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO NAND VS. NOR.
FONTE: SILVA (2009).
A Figura 6 representou o que foi citado nas características de NOR e NAND, em
relação em velocidade de leitura NOR foi mais rápida do que a NAND, mas no processo de
apagar os dados, acessar programas e capacidade de armazenamento NAND foi superior.
Segundo MORIMOTO (2009) entre 2004 e 2005 houve a grande evolução da
tecnologia Flash, um dos fatores dessa evolução foram os investimentos que ocorreram
nessa área de grandes empresas como Samsung, Toshiba, Intel, AMD, Kingston onde
surgiu uma grande concorrência entre os fabricantes fazendo os preços caírem.
Outro fator importante foi à introdução da tecnologia Multi-level Cell (MLC), que
possibilitou a queda dos preços, atualmente pendrives, cartões de memoria, SSD e outros
dispositivos que utilizam essa tecnologia.
O MLC é uma estrutura de memória flash NAND, existem mais dois tipos de
estruturas a single-level Cell (SLC) e a triple-level Cell (TLC).
25
4.2 ESTRUTURAS SLC, MLC e TCL.
Cada uma dessas tecnologias tem suas diferenças e áreas que são melhores
empregas devido a desempenho, durabilidade e custo, isso é explicado abaixo segundo o
site FLASHBAY (2012).
SLC é uma abreviação para Single-Level Cell, este tipo de memória armazena um bit
em cada célula, resultando em taxas de transferência mais rápidas, menor consumo de
energia e aumento da resistência das células. A desvantagem de apenas um único nível
celular é o custo de fabricação por Megabyte. Este tipo de tecnologia é usada
principalmente para as empresas onde a velocidade e a confiabilidade são importantes,
como exemplo o uso em datacenters.
MLC é uma abreviação de Multi-Level Cell, este tipo de memória armazena dois bits
em cada célula. Ao armazenar mais bits por célula, a velocidade de transferência é mais
lenta, tem maior consumo de energia e a resistência é menor do que as do tipo SLC. A
vantagem da MLC é o menor custo de fabricação. Essa tecnologia é usada principalmente
para dispositivos de usos domésticos.
TLC é uma abreviação de Three-Level Cell este tipo de memória armazena três bits
em cada célula. Ao armazenar mais bits por célula, acontece o mesmo que as MLC, a
velocidade de transferências é mais lenta, possui as maiores taxas de erro e menor
resistência que as MLC e SLC. As vantagens da TLC é ser fisicamente menor do que as
outras para uma dada capacidade de memória, exigindo um consumo de energia mais baixo
para funcionar do que a memória MLC e é mais barato para produzir. TLC é usado
principalmente para fabricação de pendrives.
A Tabela 1 representa as características das três estruturas assim sendo possível
entender as diferenças entre elas como custo, tamanho de armazenamento a taxa de erro
por Bit, velocidade de escrita e leitura, velocidade de apagar os blocos e temperatura, esses
dados foram informados pela parte de comércio exterior da empresa Smart Modular
Technologies.
26
TABELA 1 – COMPARAÇÃO DE SLC, TLC E MLC
FONTE: AUTOR (2012).
A Tabela 2 representa uma comparação entre SLC e MLC.
TABELA 2 – COMPARAÇÃO DE SLC E MLC
FONTE: INTEL (2009).
Características SLC TLC MLC
Custo $6/GB
$1.5/GB
$2/GB
Armazenamento 8 GB
32 GB ~ 64GB
32 ~ 64 GB
Taxa de erro por Bit
Durabilidade de escrita por célula 100k W/E
1k W/E 3k W/E
Velocidade de escrita por página 20 MB/s
15 MB/s
Velocidade de leitura por página 25 MB/s
17 MB/s
Velocidade de apagar bloco 2 MB/s
4 MB/s
Temperatura na operação -40°C to +85°C
0°C to 70°C
27
Na tabela 3 são demonstradas as áreas onde cada estrutura é mais utilizada,
TABELA 3 – Áreas de utilização de SLC, MLC e TLC.
FONTE: AUTOR (2012).
Pela sua estrutura os chips de memória flash são flexíveis, podendo adotar
diferentes formatos, o que facilita o seu uso em diversos tipos de aparelhos, atualmente a
maioria das câmeras, filmadoras, Global Positioning System (GPS), celulares e outro tipos
de dispositivos eletrônicos utilizam a tecnologia flash através de pendrives, dispositivos de
estado sólidos, cartões MicroSD e MiniSD. A Figura 7 demonstra alguns dispositivos de
armazenamento que utilizam a memória Flash.
A seguir será explicado como é formada a arquitetura Flash que faz parte de um
Solid-State drive.
FIGURA 7 – Dispositivo Flash pendrives, cartões MicroSD e MiniSD.
FONTE: PCEQUIPMENT (2011).
28
5. ARQUITETURA SSD
A arquitetura do SSD é totalmente diferente dos HDs tradicionais, são construídos
em torno de um circuito integrado semicondutor muito semelhante à arquitetura de
pendrives e cartões de memória.
Principais componentes do SSD segundo CAMPARDO ET AL (2012):
Banco de memória Flash NAND;
Memória DRAM;
Controlador;
Interface host;
Firmware.
A Figura 8 demonstra onde cada componente está localizado:
FIGURA 8 – Estrutura do SSD
FONTE: SAMSUNG (2012).
Explicação de todos os componentes segundos dados da SAMSUNG (2012):
Banco de memória Flash NAND é nele que o SSD guarda as informações. Pode ser
MLC ou SLC e a interface utilizada Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) ou DDR também
é um fator que pode influenciar o desempenho do SSD.
Memória DRAM é o módulo de memória auxiliar, guarda as informações antes de
serem definitivamente gravadas ou mantem informações usadas constantemente pelo
computador, age como um buffer que acelera o acesso aos dados e reduz a latência. O
tamanho da DRAM usada pode ser entre 32 MB a 1024 MB dependendo do desempenho
exigido.
Interface Host é através dela que o SSD consegue se conectar a outros dispositivos,
pode ser de diversos padrões, mas normalmente é igual ao HD normal, isso é para que no
29
futuro o SSD possa substitui-lo sem nenhum problema, mas fora esses padrões normais
existem outros tipos atualmente que são utilizados para tipos diferentes de dispositivos,
Abaixo segue os tipos de Interfaces hosts e para quais dispositivos podem ser usados
segundo CAMPARDO ET AL (2012):
SATA II e III – desktops, notebooks e netbooks;
Integrated Drive Electronics ( IDE) – desktops e notebooks;
Universal Serial Bus (USB) – pendrives;
Msata ou Mini Sata – Ultrabooks;
PCIexpress – ultrabooks;
Serial Attached SCSI (SAS) – geralmente usado para servidores;
Fibre Channel – uso quase exclusivo para servidores.
O controlador pode ser considerado o cérebro do SSD, é muito importante e vai
garantir um maior ou o pior desempenho da unidade. Ele gerencia a transferência de dados
nos processos de leitura e escrita entre o SSD e os outros componentes e outros recursos.
Esses recursos podem ser correção de erros (ECC), controle do nivelamento de desgastes
das células da unidade, mapeamento de Bad Block, gerencia o processo de garbage
collection ou coleta de lixo e a parte de segurança que é a de criptografia.
O firmware não é nada mesmo que um ROM embutido no controlador contém um
conjunto de instruções que serve para controlar o SSD, o desempenho está altamente
ligado a firmware instalado na unidade.
Alguns modelos de SSD utilizam supercapacitores ou baterias, que estão sendo
usados como uma solução integrada de segurança na própria unidade em caso de súbita
perda de energia. Isto irá fornecer energia suficiente para o controlador do SSD com
segurança escrever os dados em cache para a memória e prevenir a perda de dados, muito
utilizado em Datacenters e servidores (CAMPARDO ET AL, 2012).
A Figura 9 mostra a placa do SSD OCZ Vertex 2 Pro que utiliza um supercapacitor
ao lado de um dos chips de memória com o objetivo de manter os dados em cache seguro
em caso de falha de energia.
30
FIGURA 9 – Modelo de SSD com supercapacitor.
FONTE: MALVENTANO (2010)
31
5.1 TAMANHO DA UNIDADE - FATOR DE FORMA
O tamanho e a forma de qualquer dispositivo são amplamente determinados pelo
tamanho e a forma dos componentes utilizados para se cria-lo. HDs tradicionais são
projetados ao redor do prato giratório, juntamente com o interior do motor do eixo. Os SSDs
constituídos, essencialmente, por dispositivos semicondutores, oferecem um design mais
flexível e é possível criá-los de modo que possam ser ligadas diretamente à placa mãe,
assim conseguindo reduzir o tamanho do equipamento (TOSHIBA, 2012).
Os SSDs atualmente vêm em formatos 1,8 e 2,5 polegadas para que assim possam
substituir os HDs tradicionais, algumas soluções de armazenamento de estado sólido
podem até mesmo serem feitas através de racks com vários SSDs dentro. Todos se
conectam a um barramento comum no interior do gabinete e através de um único conector
se conecta com outros dispositivos.
Abaixo segue os tamanhos disponíveis atualmente das unidades SSDs e seus usos
segundo TOSHIBA (2012):
Enterprise SSD – Utilizado principalmente para Datascenter empresariais e
servidores;
1.8 case – Utilizado em Notebooks e Netbooks;
2.5 case – Utilizados em Notebooks;
Half Slim Module – utilizado em netbooks e ultrabooks;
mSata Module – utilizado em netbooks e ultrabooks;
1.8 Module – utilizado em netbooks e ultrabooks.
A Figura 10 demonstra os diferentes tipos de formatos que o SSD pode ter
dependendo para qual será o uso da unidade.
FIGURA 10 – Formatos de SSD.
FONTE: TOSHIBA (2012).
32
5.2 FUNCIONAMENTO DO SSD
Por ser um dispositivo eletrônico, o funcionamento do SSD é simples, os dados são
armazenados em células, essas células são agrupadas em páginas e as páginas em blocos.
O tamanho de uma página é de 4kb e um bloco contém 32 páginas, assim o bloco contem
128 Kb (ZIEBERT, 2009).
Segundo ZIEBERT (2009), a maneira que é feita as gravações deste dispositivo é
semelhante a uma mídia de CD/DVD RW, armazena os dados até chegar ao seu limite, mas
quando tiver que apagar é apagado como um todo. Isso vai gerando um desgaste nas
células, pois com o procedimento de reescrita uma mesma célula é preenchida e depois
apagada várias vezes, fazendo a célula ficar inutilizada diminuindo o espaço no disco. Isso
acontece porque por ser um dispositivo eletrônico ele sempre tende a ocupar os primeiros
blocos. Para ser evitado esse tipo de problema o controlador executa o processo de leitura e
escrita e realiza outros processos como o Wear leveling, que faz que uma mesma célula não
seja utilizada sempre, fazendo que o desgaste seja distribuído aumentando a vida útil do
SSD.
Um aviso importante feito por Ziebert (2009), os SSDs não precisam e não devem
ser desfragmentados, por que seria desnecessário, pois o tempo de acesso sempre seria o
mesmo não importando qual região seria acessada e se mesmo o disco estiver
desfragmentado as informações estarão em diferentes setores por causa do Wear Leveling.
E também fazer a movimentação dos dados de um lugar para outro só iria desgastar as
células reduzindo a vida útil.
33
6. COMANDO TRIM e TECNOLOGIA S.M.A.R.T.
Nos SSDs os dados são agrupados em blocos mesmo aqueles que o usuário já
tenha apagado, o problema disso é que esses blocos não podem ser gravados e depois
regravados facilmente, para isso é necessário apagar os dados de uma área já gravada,
retornando ao estado original, para depois inserir novos dados. Mas o problema é que esse
processo deve ser feito no bloco inteiro ocorrendo uma perda no desempenho (CAMPARDO
ET AL, 2012).
Esse problema afetou toda a primeira geração de SSDs, cujo desempenho de escrita
caía para menos da metade depois de algum tempo de uso. Os fabricantes tentavam
resolver com atualizações de firmware destinadas a consertar o problema, desenvolvendo
sistemas que limpam os setores marcados como vagos enquanto o drive está ocioso,
mantendo sempre um determinado volume de blocos vagos (MORIMOTO, 2009).
Para solucionar esse problema surgiu o comando TRIM, que permite ao sistema
operacional determinar quais blocos do SSD estão realmente em uso, ou estão livres, e
facilitar a identificação desses dados apagados, mas que ainda ocupam os blocos, assim
faz que o desempenho da unidade de armazenamento melhore no momento que reorganiza
os blocos de dados inválidos processo conhecido como garbage collection ou coletor de lixo
(ADRENALINE, 2012).
O recurso de Garbage Collection foi inventado por John McCarthy, para resolver
problemas com o uso de memória no grupo de linguagem de programação LISP.
Basicamente, o principal objetivo deste recurso é detectar quais blocos da memória não são
mais utilizados, porém, que ainda contenham informações, para apagá-los efetivamente. No
entanto, também há desvantagens como maior uso de recursos computacionais e a
imprevisão de quando o recurso funciona, já que acontece automaticamente (ORATA,
2012).
Quando usado em SSDs, o recurso de Garbage Collection mantem a ordem dos
dados na matriz RAID. Limpando os blocos inutilizados pela tabela de arquivos, deixando
que o sistema se preocupe apenas com a nova escrita (ORATA, 2012).
Na Figura 11 é mostrado como esse processo de garbage collection funciona a partir
que os dados são gravados até a parte que o sistema reorganiza os dados em outro bloco
para poder apagar as informações no bloco anterior e assim deixando-o disponível.
34
FIGURA 11 – Garbage Collection.
FONTE: ADRENALINE (2012).
É por isso que o TRIM é tão importante sua função é capaz de evitar sérios
problemas de desempenho. O único problema o TRIM é que ele é suportado apenas pelo
Windows 7 e por versões recentes do kernel Linux, deixando de fora usuários do Windows
Vista ou Windows XP. No caso deles existem utilitários de otimização oferecidos pelos
fabricantes, como o SSD Toolbox da Intel, que permitem executar testes e otimizações
(MORIMOTO, 2009).
No SSD em conjunto com o TRIM também está presente a tecnologia Self-
Monitoring, Analysis and Reporting Technology ou em português Tecnologia de Auto
Monitoramento, Análise e Relatório (S.M.A.R.T.), é uma tecnologia que permite que o
usuário monitore o desgaste dos componentes e assim permitindo o planejamento de
backups evitando a perda de dados.
As informações que são coletadas pelo S.M.A.R.T. são acessadas apenas através
de programas como HD Tune e HD Scan que permitem a visualização do relatório gerado
pelo S.M.A.R.T. mostrando vários parâmetros como taxas de erros, temperatura, velocidade
de leitura e escrita entre outros que possibilitam verificar se o SSD está funcionando
normalmente ou não.
Antes de realizar a compra de um SSD é preciso verificar se o SSD possui suporte
ao TRIM, ao S.M.A.R.T. e também decidir qual sistema operacional irá utilizar para poder
obter o máximo de desempenho do dispositivo.
35
7. SSD vs. HD
De acordo com a SAMSUNG (2012), comparado aos discos rígidos os SSDs
oferecem várias vantagens por causa de ser estado sólido, ou seja, não ter partes
móveis (ao contrário dos discos rígidos que usam discos giratórios para armazenar
dados e movimentação da agulha para leitura e gravação de dados). Os SSDs tem
uma inicialização instantânea (ao contrário de discos rígidos que precisam de tempo
para ligar o motor e alinhar a leitura/escrita) e não sofrem perda gradual da
durabilidade e problemas de desempenho (devido desgaste das peças mecânicas).
Na Figura 12 pode ser vista uma comparação feita pela Samsung entre o
SSD e o HD em várias características.
FIGURA 12 – Comparação entre HD e SSD
FONTE: SAMSUNG (2009).
Vantagens do SSD segundo SAMSUNG (2009):
1. Alto desempenho:
Tem maior velocidade na transmissão de dados;
Leitura e escrita são superiores a 200 MB/s;
Metade do tempo para inicialização.
2. Alta confiabilidade:
Sem partes móveis para falhar;
Maior resistência a choques e a vibração.
36
3. Melhor funcionamento:
Não faz ruído;
Sem emissão de calor;
Pesa quase 25% a menos do que o HD convencional;
Não precisa ser desfragmentado;
Possui diferentes interfaces Host, se conectando a diversos
dispositivos.
4. Redução de energia:
Consome Menos energia;
Aumenta a vida útil da bateria em no mínimo 10%
Os SSDs ainda colaboram para as políticas de Green IT, as empresas buscam
soluções para redução do consumo de energia e com o SSD não só teriam o consumo
menor como não teriam a necessidade de refrigeração de Datacenter ou servidores já que
não possui quase nenhuma emissão de calor.
Na Figura 13 é demonstrada uma comparação feita pela Intel entre o SSD X25 em
RAID 5 de fabricação da própria Intel e um HD SAS de 15.000 RPM em RAID 10.
FIGURA 13 – Comparação entre um HD SAS e SSD X25.
FONTE: INTEL (2009).
Como mostra a Figura 13 em desempenho o SSD foi muito superior ao HD, mas em
valor por GB o SSD teve um custo muito mais elevado chegando a 62% a mais do que o
HD.
37
A Figura 14 mostra uma comparação em quanto tempo é realizada uma determinada
ação nos 2 dispositivos.
FIGURA 14 – Comparação de tempo de execução.
FONTE: INTEL (2009).
Como na Figura 13 na maioria dos casos da Figura 14 o desempenho do SSD na foi
superior principalmente quando se comparado o tempo de Boot que o SSD foi 73% mais
rápido que o HD SAS.
As desvantagens do SSD em relação ao HD normal que podem ser consideradas
são apenas o tamanho de espaço de armazenamento e o valor do dispositivo.
38
Atualmente existem discos com mais de 2 TB de armazenamento, já os SSDs
normalmente são inferiores a 512 MB pois quanto maior o armazenamento mais caro fica o
processo de fabricação, existe um modelo de SSD de 1 TB desenvolvido pela OCZ mas
chega a custar 1.100 dólares (BURGOS, 2011).
Desvantagens do Hard Disk:
Tem alto índice de som.
Precisa ser desfragmentado.
Consome mais energia.
Tem menor resistência a choques e vibrações.
A velocidade de transmissão de dados é menor.
Se ocorrer um desligamento de modo incorreto pode causar danos à unidade.
É mais pesado.
39
8. DIFERENÇA ENTRE UM SSD E UM CARTÃO DE MEMÓRIA
Por ter como base a tecnologia Flash, muitos acreditam que SSD e o cartão de
memória possuem os mesmos recursos, mas são produtos totalmente diferentes, com
finalidades e mercados distintos.
Segundo a SANDISK (2012), o SSD foi projetado para uso em computadores e
notebooks, pela sua arquitetura pode ter diversos tamanhos e formas, mas normalmente
tem a interface e o tamanho igual à de um HD normal, com o objetivo de substituí-lo, além
disso, possui um controlador que pode realizar diversas ações diferentes e por possui mais
chips de memória sua capacidade é maior.
De acordo com a SANDISK (2012), o cartão de memória foi desenvolvido
principalmente para uso em câmeras digitais, atualmente seu uso não está mais restrito
apenas as câmeras, mas também em quase todos os celulares, GPS, filmadoras. Para
atender estes dispositivos móveis o tamanho do cartão de memória é muito menor do que
um SSD. Além disso, um cartão de memória é fácil de retirar e reinserir, ao contrário de um
SSD que está instalado dentro de um computador, invisível para o usuário. Diferentes
interfaces estão disponíveis para conectar mídia flash para as variedades de dispositivos.
Assim, embora os SSDs e cartões de memória sejam ambos baseados em flash, a sua
finalidade, funcionalidade e tamanho são distintos.
40
9. DURABILIDADE DO SSD
De acordo com CAMPARDO ET AL (2012) a durabilidade do SSD pode ser definida
como a quantidade máxima de dados que um dispositivo escreve antes de ocorrer uma
falha.
O controlador pode ter uma grande influência sobra à durabilidade total do sistema
através de estratégias utilizando gestão de Bad Block, ECC e de algoritmos de nivelamento.
A durabilidade do SSD pode ser calculada utilizando a seguinte fórmula que é
mostrada na Fórmula 1 segundo CAMPARDO ET AL (2012):
Durabilidade=
FÓRMULA 1 – Durabilidade do SSD.
FONTE: CAMPARDO ET AL (2012).
Nand Reliability é o número de ciclos de escrita ou apagamento de dados realizados
em cada bloco NAND sem exceder a retenção e a taxa limite de erro estabelecido pelo
sistema.
Device capacity é o número referente à capacidade total de armazenamento que o
SSD possui.
Wear levelling efficiency é um parâmetro que quantifica a capacidade do nivelamento
de desgaste de distribuir as operações de escrita ou apagamento de todo espaços
disponíveis na NAND, para maximizar o uso de cada um dos blocos antes de executar o
sistema.
Write Amplification Factor é a relação entre os dados programados no controlador e
os dados escritos pelo anfitrião. Este valor geralmente varia de 1 a 5 dependendo
principalmente das ações que o controlador faz para aumentar o desempenho e a
confiabilidade, os elementos básicos que devem ser levados em consideração para avaliar
esse parâmetro são:
Tamanho das páginas NAND;
Tamanho dos blocos;
Gerenciamento dos dados.
41
10. APLICAÇÕES DO SSD
Os SSDs têm diferentes aplicações dependendo da área que a unidade será
utilizada, a SUPERTALENT (2012), fabricante de SSD demonstrou as diferentes áreas
dando exemplos, que podem ser vistos abaixo:
10.1 NOTEBOOKS
Atualmente os notebooks tem se tornado algo imprescindível para a vida das
pessoas, por ser portátil é possível acessar as informações de qualquer lugar, dependendo
do perfil do usuário que irá utilizá-lo pode ter diversas utilidades.
Com a utilização de um notebook com SSD pode se obter diversas vantagens:
Estudantes: Utilizam o notebook em bibliotecas, faculdades ou grupos de
estudos, eles precisam de um notebook leve e confiável para poder se locomover
com mais facilidade. Com SSD os estudantes terão um notebook mais leve já que o
SSD pesa bem menos que um HD e também possui uma maior resistência a
choques e vibrações não tendo o risco de perder os dados com quedas;
Usuários normais: Utilizam o notebook em casa para acessar e-mails, redes
sociais, ler noticias entre outras coisas. Precisam de um notebook com uma bateria
com boa duração, pois assim o usuário pode se locomover pela casa sem precisar
carregar a fonte de alimentação, Com SSD a duração da bateria é mais longa, pois
consome menos energia que um HD normal e a velocidade de abrir algum aplicativo
é muito mais rápida;
Empresários: Como viajam a negócios frequentemente, para esse tipo de
usuário é muito importante um notebook leve e com uma bateria com boa duração,
os notebooks com SSD pesam menos e consomem menos energia.
10.2 SERVIDORES WEB
O uso de SSD em servidores Web as vantagens são inúmeras como:
Menor tempo de acesso aos dados;
Baixo consumo de energia;
Ausência de falhas por não ter peças móveis;
Ausência de barulho;
Maior durabilidade.
42
Um caso que pode ser citado é da empresa Locaweb Com 14 anos de experiência e
parcerias com 18 mil desenvolvedores, oferecem soluções como segundo LOCAWEB
(2012):
Software (SaaS): Soluções de software como serviço para empresas, contando com
serviços como Email, E-mail Marketing, WebStore, WebChat, WebDesk e PABX Virtual.
Plataforma (PaaS): Serviço de Hospedagem de Sites.
Infraestrutura (IaaS): Ofertas de infraestrutura sob demanda como Cloud Computing,
Servidores Dedicados e serviços de Gestão Personalizada.
A locaweb contratou a Itautec, empresa especialista em hosting e serviços de
infraestrutura, para a implementação de um projeto, servidores customizados para aumentar
a densidade de armazenamento de dados no datacenter da empresa.
A Itautec fornece o hardware, que apoia soluções de computação em nuvem e conta
com a tecnologia SSD, com o projeto para a locaweb se obteve expressivos ganhos de
eficiência operacional, disponibilidade e agilidade em sua performance. Os ganhos de tempo
e de economia, sem prejudicar ao desempenho, chegaram a 50% (ITAUTEC, 2012).
10.3 MILITAR E AEROESPACIAL
O Equipamento utilizado para a indústria militar e aeroespacial exigem o mais alto
desempenho e confiabilidade, tem que ser capaz de resistir a grandes choques e vibração
se implantado no campo de batalha, em um laptop ou em até um tanque, o desempenho
deve ser impecável por causa dos ambientes hostis que são usados.
Típicas aplicações para esse mercado:
Missão de registo dos dados;
Os computadores da tropa e de campo;
Controle do veículo não tripulado;
Lançamento sistemas de controle;
GPS sistemas de comunicação;
Veículos: Aviões, helicópteros, carga / utilitário, UAV, tanque.
Todas essas aplicações têm os seguintes requisitos:
O desempenho á prova de falhas em ambientes extremos;
Ciclo de vida do produto;
Conheça os padrões de conformidade militares;
Robusto e pequenos;
Opções de segurança para evitar perda de dados.
43
10.4 HOSPITAIS, ENTUSIASTAS E INDÚSTRIAS.
Existem muitos tipos de equipamentos médicos que precisam ser confiáveis e ter
uma boa durabilidade. Isto varia de máquinas de teste, monitoramento e armazenar dados,
a máquinas portáteis que se movem com o paciente.
No caso dos entusiastas de alto desempenho do computador também serão um dos
primeiros a substituir o disco rígido padrão por um SSD para alcançar uma experiência mais
ágil uma vez que o sistema operacional carregue de forma mais rápida e aplicações levam
menos tempo para começar.
No caso das indústrias qualquer equipamento industrial requer tolerância a
condições ambientais extremas condições
Aplicações típicas:
Máquinas de Estacionamento;
Máquinas de venda automática de Bilheteira;
Estações de trabalho industrial;
Estações de trabalho automatizadas;
Produtos de medição;
Sistemas robóticos;
Sistemas de coleta de dados.
Todos compartilham os seguintes requisitos:
Alto desempenho e confiabilidade em condições adversas;
Rápida transferência de dados;
Capacidade de prever a vida da unidade.
44
11. MODELOS DE MERCADO
Existem atualmente diversos fabricantes de SSD e com isso modelos totalmente
diferente um do outro em relação à velocidade de escrita e leitura, arquitetura entre outras, a
revista PC & CIA publicou um artigo que explica as características de alguns SSDs que
estão atualmente no mercado, segue abaixo alguns modelos desse artigo:
1. FORCE GT
SSD desenvolvido pela Corsair, com cor vermelha utiliza uma controladora A SF-
2282 da SandForce. A velocidade de leitura chega a 555 MB/s e a escrita a 525 MB/s
utilizando interface SATA 3 segundo especificação da fabricante, a própria Corsair o
classifica como o SSD mais rápido que ela produz. Os modelos dessa linha GT podem ter a
capacidade de 60 GB, 90 GB, 120 GB, 180 GB, 240 GB E 480 Gb e vem com o fator de
forma de 2.5 polegadas. No Brasil o preço pode variar entre 500 reais a 3000 reais para a
versão de 480 GB (ORATA, 2012).
Na Figura 15 são demonstradas as características básicas do modelo e uma imagem
da unidade de 240 GB com a interface SATA 3.
FIGURA 15 – SSD Force GT
FONTE: ORATA (2012).
45
2. PERFORMANCE PRO
O comando TRIM não é suportado em RAID utilizando SSDs, pensando nisso a
Corsair desenvolveu o Performance Pro, SSD com foco em RAID, com o recurso de
garbage collection embutido, para que não ocorra perdas de desempenho na unidade com o
tempo de uso.
O Performance Pro utiliza uma controlador Marvel 88SS9174 que, segundo a
fabricante, a velocidade de leitura chega a 550 MB/s e 440 MB/s na escrita. Para esse
modelo existem apenas 2 capacidades disponíveis a unidade com 128 GB que custa em
volta de 700,00 reais e com 256 GB que tem o valor em média de 1.400,00 reais (ORATA,
2012).
Na Figura 16 são demonstradas as características básicas do modelo e uma imagem
da unidade de 256 GB com a interface SATA 3.
FIGURA 16 – SSD Performance Pro
FONTE: ORATA (2012).
3. INTEL 320 SERIE
Segundo ORATA (2012), o SSD Intel 320 Series foi desenvolvido pela INTEL, tem
como principal objetivo oferecer mais confiabilidade e segurança aos dados, mas outro
diferencial desse modelo é o baixo consumo de energia. É fabricado com o design, as
memórias e o controlador da própria Intel, pode chegar a uma velocidade de escrita de 270
MB/s e de leitura 165 MB/s.
46
A arquitetura desse modelo utiliza supercapacitores para garantir que os dados não
sejam perdidos durante uma queda de energia, além disso, tem suporte a criptografia
Advanced Encryption Standard (AES¹, ou Padrão de Criptografia Avançada, em português)
de 128 bytes, que protege o conteúdo do drive em caso de roubo ou perda. Recursos como
esses são mais utilizados para servidores, e dependendo da situação podem ser mais
importantes do que ter uma velocidade mais alta de transmissão de dados (ORATA, 2012).
Todos os modelos de SSD da INTEL podem utilizar um software de gestão chamado
INTEL SSD ToolBox, que permite ver as informações da unidade e pode executar diversa
operações como o comando TRIM, atualizar o firmware e testes para detecção e diagnóstico
de falhas de leitura e escrita no dispositivo.
Na Figura 17 são demonstradas as características básicas do modelo e uma imagem
da unidade de 160 GB com a interface SATA 2.
FIGURA 17 – SSD Intel 320 Series.
FONTE: ORATA (2012).
_______________________
¹AES é uma forma de criptografia adotada pelo governo dos Estados Unidos em 2001. O AES
fornece uma criptografia mais segura do que seu predecessor, o Padrão de Criptografia de Dados
(DES).
47
4. HYPER X
O Hyper X é um modelo desenvolvido pela Kingston, utiliza uma controla SF-2281 da
SandForce e tem um excelente desempenho, este modelo é indicado para entusiastas que
gostam do mais alto desempenho nos computadores. A Kingston informa que a velocidade
de leitura é de 525 MB/s e a de escrita de 480 MB/s, para este modelo estão disponíveis
com as capacidades de 120 GB no valor médio de 1.000 reais e 240 GB com preço de cerca
de 1.700,00 reais (ORATA, 2012).
Na Figura 18 são demonstradas as características básicas do modelo e uma imagem
do modelo de 120 GB com a interface SATA 3.
FIGURA 18 – SSD Hyper X
FONTE: ORATA (2012).
5. Disco Híbrido HD/SSD – MOMENTUS XT
Modelo criado pela Seagate o Momentus XT é um união da tecnologia mecânica dos
HDs normais e de estados sólido. O objetivo principal era a junção do desempenho do SSD
com o preço e a capacidade de um HD normal.
O modelo é parecido como outro HD normal de 2,5 polegas, cache de 32 MB, 7200
RPM, a grande diferença esta na memória Flash NAND SLC de 8 GB existente em todos os
modelos da série, mas apesar da parte hibrida em Flash, ele possui as mesmas
características de um HD normal, ruído, temperatura mais elevada, menor resistência a
impactos e vibrações (ORATA, 2012).
48
Na Figura 19 é possível visualizar a arquitetura do Momentus XT com os chips de
memória Flash.
FIGURA 19 – SSD Momentus XT
FONTE: GARLAND (2012).
A Figura 20 mostra as especificações básicas do Momentus XT .
FIGURA 20 – Caracteristicas Disco Híbrido HD/SSD – MOMENTUS XT
FONTE: ORATA (2012).
Para fazer a união da tecnologia SSD com o HD normal, o Momentus XT possui uma
ferramenta chamada MemoryTM Adaptativo desenvolvida pela Seagate, é um algoritmo
inteligente que constantemente é executado em segundo plano para memorizar os dados
mais utilizados e guarda esses dados na memória Flash.
49
O funcionamento dessa unidade é bem simples os dados são escritos diretamente
no disco, igual a um HD comum, então um algoritmo implementado na controladora
(MemoryTM Adaptativo), analisa as requisições do Logical Blocking addressing (LBA),
descobre quais são os dados mais utilizados e os grava na memória Flash para que quando
necessários novamente sejam acessados diretamente por ela, é como se gravasse o perfil
do usuário, sendo muito mais rápido do que ler no próprio disco (ORATA, 2012).
Os discos Momentus XT também possui a tecnologia de inicialização FAST Factor. A
técnica de inicialização desse sistema pode reduzir o tempo de inicialização para apenas
alguns segundos. Ela corta o tempo de inicialização do sistema em até 65%, em
comparação com um HD tradicional (SEAGATE, 2012).
Características principais do Momentus XT:
Inicializa e desempenha como um SSD;
Até três vezes mais rápido do que um HD tradicional;
SATA de 6 Gb/s com NCQ² para alcançar velocidade de interface;
Design “all-in-one” para garantir simplicidade e fácil instalação;
Funciona com qualquer laptop ou PC, qualquer sistema operacional e
aplicativo.
O grande benefício desse tipo de dispositivo em relação a uma unidade SSD é seu
custo. O preço comparado com um SSD de 256 GB que custa em torno de R$ 1.000 é
possível ter 3 Momentus XT de 500 GB com o preço estimado de R$ 350,00.
Ele não pode ser considerado um substituto para o SSD, pois seu desempenho não
é igual, mas ao gravar os dados mais utilizados pelo usuário seu desempenho é semelhante
ao de um SSD nos aplicativos mais utilizados e ainda possuindo um bom espaço no disco,
sendo assim um dos melhores discos rígidos do mercado (ORATA,2012).
A figura 21 demostra uma comparação de tempo o Momentus XT, Intel 320 SSD e
um HD normal de 7200 RPM levavam para executar alguns aplicativos e ações.
_______________________
²NCQ é um protocolo de comando para dispositivos com o padrão SATA que possibilita ter diversos
comandos pendentes serem executados em uma ordem internamente determinada pelo dispositivo.
50
FIGURA 21 – Comparativo do Momentus XT com outros dispositivos
FONTE: VENTURA (2011).
Como pode ser visualizado na figura 21 o Momentus XT teve um desempenho
superior ao HD normal mais inferior ao SSD, isso é o objetivo desse tipo de unidade, ficar no
meio entre um SSD e um Hard Disk.
51
12. TESTE
Depois de todas as análises feitas nesse projeto, agora será realizado um teste
prático para poder validar as informações descritas no trabalho, para isso será utilizado o
programa HD Tune pro 5.0, uma ferramenta que analisa em tempo real o desempenho do
HD e nesse caso também o SSD, os resultados são exibidos em gráficos e em dados
estatísticos que através deles poderá ser feita uma comparação entre esses dois
dispositivos.
Para realizar esse teste será usado um notebook Lenovo THINK PAD T420 com as
seguintes configurações:
Processador Intel® Core™ i5-2520M (2.50GHz; 3MB Cache);
Memória de 4GB (2x2GB) DDR3;
Tela de 14 polegadas (1366x768) LED;
Sistema Operacional (SO) Windows 7 Entreprise SP1 32 bits.
O SSD utilizado será o modelo Xceed Value, o único SSD fabricado no Brasil
desenvolvido pela Smart Modular Technologies, abaixo segue as características da unidade:
SATA II
Controladora SF -1222.
2.5 polegadas
240 GB
Com suporte TRIM, S.M.A.R.T. e NCQ.
O Hard Disk utilizado será o modelo Momentus 7200.4 da Seagate, abaixo segue as
características:
SATA III
500 GB
7200 RPM
Com suporte a Native Command Queueing (NCQ) e S.M.A.R.T.
Para os testes os dispositivos foram formatados e apenas os programas básicos da
instalação do Windows e o HD Tune foram instalados.
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12.1 RESULTADOS OBTIDOS.
O primeiro teste realizado foi de tempo mínimo e máximo de leitura, a Figura 22
representa os resultados dos testes feitos no Momentus 7200.4.
FIGURA 22 – Resultado de tempo de leitura do HD
FONTE: AUTOR (2012).
Como pode ser visualizada na Figura 22 a taxa média de velocidade do HD
representada no gráfico em azul e a taxa de tempo de acesso representada no gráfico em
amarelo sofreram muitas variações que podem ser causadas pelo proprio HD por causa de
seu funcionamento mecânico ou até mesmo pelo sistema operacional.
A Figura 23 representa os resultados dos testes no SSD Xceed Value:
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FIGURA 23 – Resultado de tempo de leitura do SSD
FONTE: AUTOR (2012).
O desempenho do SSD Xceed Value foi muito superior alcançando uma taxa de
leitura máxima de 161.5 MB/s e mínima de 127 MB/s uma média de 153 MB/s contra uma
taxa máxima de leitura de 103 MB/s e mínima de 13 MB/s uma média de 74 MB/s do
Momentus 7200.4.
Outro ponto importante que ao contrário do que aconteceu nos testes do HD, a taxa
média de velocidade e a taxa de tempo de acesso no SSD não teve grandes variações, o
motivo para isso é que o controlador gerencia os processos de escrita e leitura deixando a
taxa mínima e máxima de velocidade quase iguais e o tempo de acesso em 0.281
milissegundos (0.000281 segundos), resultado quase 65 vezes mais rápido do que o do HD
que teve um tempo de 18.4 milissegundos (0.0184 segundos), com isso o SSD teve um
tempo de latência quase zero para acessar ou retornar os dados solicitados.
O HD Tune Pro ficou em operação por 20 minutos, as Figura 22 e 23 também
demonstram a temperatura de cada um dos dispositivos durante todo o processo, a
temperatura do SSD não foi superior a 17ºC, já do HD fico em 40ºC mais que o dobro.
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Outro teste realizado foi para saber o tempo que notebook levava para reiniciar por
completo o sistema operacional nos 2 dispositivos, para realizá-lo foi utilizado um
cronometro. O teste foi realizado da seguinte maneira:
Ligar o cronômetro ao apertar o botão reiniciar do notebook;
Esperar o sistema reiniciar e carregar novamente;
Ao carregar o sistema totalmente parar o cronômetro.
O resultado foi de 52s para o HD e 31s para o SSD, o tempo do HD não foi ruim,
mas se levamos em consideração que para realizar estes testes o HD tinha sido formatado
e apenas o sistema operacional estava instalado leva a pensar que com a instalação de
mais programas e com o uso diário, este tempo irá subir aumentando a diferença para o
SSD que não teria mudança no tempo com a instalação de mais programas ou com o uso
diário.
A tabela 4 mostra os dados estatísticos que o programa HD tune gerou após a
realização dos testes.
Parameter Read Write
Statistics SSD Xceed
Value Momentus
7200.4 SSD Xceed
Value Momentus
7200.4
Total transfer 287 MB 7.8 MB 19.9 MB 12.7 MB
Total I/O operations 8485 346 2996 1661
Maximum speed 234 MB/s 169 MB/s 217 MB/s 105 MB/s
Maximum IOPS 5125 3687 5250 1225
512 I/O operations 1% (94) 1% (4) 2% (81) 6% (110)
512 Median speed 2.1 MB/s 100 KB/s 1.7 MB/s -
1K I/O operations 1% (114) 0% (2) 0% (17) 0% (7)
1K Median speed 2.5 MB/s 60 KB/s 400 KB/s 20 KB/s
2K I/O operations 1% (91) 1% (4) 0% (9) 0% (7)
2K Median speed 7.3 MB/s 40 KB/s 30 KB/s 50 KB/s
4K I/O operations 31% (2698) 17% (60) 80% (2417) 74% (1241)
4K Median speed 13.7 MB/s 70 KB/s 1.6 MB/s 100 KB/s
8K I/O operations 2% (214) 2% (8) 6% (183) 7% (119)
8K Median speed 27.3 MB/s 50 KB/s 3.1 MB/s 9.6 MB/s
16K I/O operations 8% (696) 4% (15) 3% (106) 3% (51)
16K Median speed 80.1 MB/s 780 KB/s 5.1 MB/s 340 KB/s
32K I/O operations 12% (1046) 59% (206) 0% (19) 0% (16)
32K Median speed 70.3 MB/s 115 MB/s 164 MB/s 530 KB/s
64K I/O operations 8% (740) 0% (0) 0% (5) 0% (13)
64K Median speed 173 MB/s - 1000 KB/s 1000 KB/s
<=64K I/O operations 94% (8052) 99% (345) 99% (2979) 99% (1656)
<=64K Median speed 13.7 MB/s 70 KB/s 1.6 MB/s 100 KB/s
TABELA 4 – Resultados teste prático.
FONTE: AUTOR (2012).
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Após todos os testes o que se pode concluir com os resultados obtidos é que
realmente SSD teve um desempenho superior ao HD, Apesar do modelo utilizado para teste
ser SATA II contra um modelo de HD SATA III.
Um SSD com interface SATA II tem uma transferência de dados de 3 GB/s o que
limita a velocidade de leitura até 285 MB/s e a de escrita a 275 Mb/s, no caso da interface
SATA III a velocidade de transferência é de 6 GB/s e a velocidade de leitura pode chegar a
550 MB/s e a de escrita 520 MB/s(CAMPARDO ET AL,2012), se para o teste tivesse sido
utilizado um SSD com interface SATA III a diferença entre ele e um HD normal seria muito
maior do que a foi apresentada neste teste.
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13. CONCLUSÃO
Através desse trabalho mostrou-se a tecnologia de estados sólidos, os SSDs, na
qual podemos acreditar que será uma solução dos problemas de gargalos que atualmente
afetam os sistemas, que antes eram causados pela deficiência que possuem os HD
normais, a parte mecânica.
Com base no estudo teórico, comparações, e testes práticos realizados podemos
realmente afirma que os Solid-State drives são superiores aos HDs tanto na arquitetura,
desempenho e na flexibilidade de uso.
Mas mesmo sendo uma tecnologia superior será que os SSDs iram substituir os
HDs? Essa pergunta gera diferentes opiniões, para alguns essa tecnologia realmente é o
futuro para o armazenamento de dados para outros não, pois acreditam que apesar de ter
um desempenho superior o preço e o tamanho de armazenamento não podem ser
desconsiderados.
Após todas as analises feitas, podemos afirmar que os SSD são uma grande
evolução para área da computação e que tem muito potencial de ser a tecnologia líder em
armazenamento de dados, mas se pensamos na situação atual que o mercado se encontra
com as crises econômicas que muitos países estão vivendo, o valor de cada unidade e no
tamanho de armazenamento, essa tecnologia ainda é cara. Acredito que por mais 2 a 3
anos tanto os SSDs e os HDs andaram em conjunto, um sendo utilizado para rodar sistemas
operacionais, programas e outros aplicativos com um melhor desempenho no caso do SSD,
e outro utilizado para armazenamento de dados no caso do HD.
Não seria lógico pagar mais em uma unidade SSD apenas para armazenar dados, e
no caso para melhorar o desempenho não seria necessário comprar uma unidade com
grande armazenamento de dados, uma unidade de 64 GB já seria o suficiente e com um
preço muito mais acessível.
Com os processos de fabricação evoluindo cada dia mais, podemos daqui alguns
anos ter unidades SSDs com o valor e armazenamento iguais a de um HD normal, com isso
HDs não serão mais necessários e os SSDs se tornaram a tecnologia mais avançada e
predominante no mercado de dispositivos de armazenamento.
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14. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Acesso em 24 de jun.
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meu notebook agora. 2011. Disponível em: <http://www.gizmodo.com.br/o-primeiro-
ssd-de-1tb-e-25-polegadas-do-mundo-deveria-entrar-no-meu-notebook-agora/>.
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mais rápido. 2011. Disponível em:<http://www.gizmodo.com.br/seagate-momentus-xt-
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