Unidade de disco rígido (HDD) versus unidade de estado sólido (SSD): qual é a diferença?

O disco rígido ou uma unidade de disco rígido (HDD) é um tipo de dispositivo de armazenamento de dados utilizado em notebooks e computadores desktop. O HDD é uma unidade de armazenamento "não volátil", o que significa que mantém os dados armazenados mesmo quando não há energia disponível no dispositivo. Os sistemas operacionais (SO) instruem o HDD a ler e gravar dados conforme a necessidade dos programas. A velocidade de leitura e gravação desses dados pela unidade depende exclusivamente da própria unidade.

Os HDDs começaram como dispositivos massivos que ocupavam a sala com uma capacidade de cerca de 3,75 megabytes. Hoje, em comparação, um HDD que cabe facilmente em um computador de mesa pode ter mais de 18 terabytes de armazenamento.

O HDD possui objetos semelhantes a discos chamados “pratos”. É nos pratos que os dados são armazenados por meio de uma carga elétrica. Essa carga elétrica vem do braço do atuador ou "cabeça de leitura/gravação". As cabeças de leitura/gravação são direcionadas pelo software do processador e da placa-mãe para se moverem sobre os pratos.

Cada prato tem um braço com cabeças magnéticas e cada todos os pratos giram e são divididos em setores. Esses setores têm milhares de subdivisões (chamadas bits) que podem aceitar uma carga elétrica. Os bits do setor e suas cargas correspondentes são lidos pela cabeça de leitura/gravação e podem ser traduzidos em código binário, como 1s ou 0s.

Nos anos de desenvolvimento do HDD, houve uma mudança no layout dos setores no prato. O design original dos discos rígidos incluía gravação longitudinal que alinhava os setores horizontalmente ao disco giratório da unidade. Esse alinhamento horizontal tornou-se um problema com o aumento da capacidade do HDD e a redução dos setores. Em uma escala tão pequena, os bits inverteriam a carga aleatoriamente, dependendo da temperatura, levando ao corrompimento de dados.

A "gravação perpendicular" é um método criado para combater os problemas que ocorrem na gravação horizontal. Esse método empilha os setores em suas extremidades e cria mais de três vezes a capacidade de armazenamento de gravação longitudinal. No entanto, a contrapartida é a maior sensibilidade a campos magnéticos, o que exigiu o desenvolvimento de braços de leitura/gravação mais precisos.

Quando uma CPU grava dados no HDD, utiliza uma parte de um setor ou setores, dependendo do tamanho do arquivo. Quando ocorre uma atualização nos dados, a CPU instrui o HDD a gravá-los no próximo setor disponível. A distância do primeiro ao esse novo setor aumenta a velocidade com que os dados podem ser lidos. Embora o tempo seja medido em milissegundos, mais instâncias de separação de dados podem causar lentidão considerável. Essa separação de dados é chamada de “fragmentação de disco” e a maioria dos sistemas operacionais tem um programa integrado que desfragmenta o disco, reorganizando os dados para as informações dos programas permanecerem em um só lugar.

As unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais são vistas como uma tecnologia legada que existe há mais tempo do que os SSDs. No entanto, a idade traz suas vantagens, propiciando amplas oportunidades para avançar em todos os aspectos da tecnologia.

A finalidade de um HDD é a leitura, gravação e o armazenamento de dados. São dispositivos confiáveis para backup, bem como para processos normais de computador. A tecnologia do HDD foi consideravelmente refinada, reduzindo o custo e aumentando a capacidade geral.

A capacidade dos HDDs aumentou com o passar dos anos e agora são vendidos comercialmente com 20 terabytes de armazenamento. Muitos dos notebooks e desktops atuais vêm com 250 GB de armazenamento por padrão.

O desempenho normalmente é medido pela velocidade e confiabilidade do dispositivo. A taxa na qual os HDDs processam dados cresceu consideravelmente com o passar dos anos e se adapta bem à sua finalidade.

Os componentes físicos nos HDDs criam mais limitações do que outros dispositivos de armazenamento. Um braço preciso perde a acuracidade se o disco se mover rápido demais, e um disco pode girar somente até certo limite até começar a deformar ou mesmo quebrar. Acelerar o prato para atingir a taxa ideal leva tempo e resulta em tempo de inicialização mais lento.

Os HDDs são confiáveis no armazenamento de dados por longos períodos de tempo sem receber energia e são o método preferido de armazenamento para backups. A longevidade sob uso constante de um disco rígido interno é de três a cinco anos. A vida útil pode ser maior se o dispositivo for uma unidade de disco rígido externa e armazenado em espaço controlado. O desgaste regular do dispositivo é comum, especialmente devido à gravação e regravação de dados nos mesmos setores de um prato. O armazenamento de longo prazo para várias unidades pode ser tão fácil quanto usar um disco rígido externo. Outra maneira de acessar esses arquivos de backup de qualquer lugar é usar um armazenamento conectado à rede (Network Attached Storage, NAS). O NAS é um local de armazenamento centralizado que possibilita o armazenamento e a recuperação de dados para usuários autorizados da rede.

Os discos rígidos portáteis externos executam as mesmas funções básicas de um HDD interno e podem ser utilizados com notebooks ou desktops. As unidades externas são vendidas com suas próprias fontes de alimentação externas. As unidades de disco rígido internas dos computadores são "portáteis", o que significa que podem ser migradas de um dispositivo para outro com facilidade. Porém, são menos compatíveis com todos os dispositivos e exigem mais esforço para serem migrados.

Os HDDs são o tipo de armazenamento mais acessível porque têm o custo mais eficiente por gigabyte. À medida que a capacidade de armazenamento aumenta, o preço de HDDs menores diminui. Por exemplo, HDDs com capacidade de 500 gigabytes são vendidos por menos de US$ 40.

Componente central dos computadores, as unidades de estado sólido (SSDs) têm funcionalidades de leitura, gravação e inicialização rápidas em máquinas modernas incomparáveis aos discos rígidos tradicionais.

Uma unidade de estado sólido é um hardware de computador com memória não volátil (NVM) que armazena dados sem partes móveis. Enquanto as unidades de disco rígido (HDD) usam um disco magnético giratório e uma cabeça de gravação mecânica para manipular dados, os SSDs usam carga em semicondutores.

Os SSDs internos são instalados em computadores, enquanto os SSDs externos são conectados como HDDs externos — frequentemente via portas USB 3.0 — e têm finalidades semelhantes. Um SSD é um dispositivo de armazenamento de memória que implementa circuitos integrados em vez de componentes mecânicos para armazenamento. Os circuitos integrados reduzem seu tamanho geral e os tornam silenciosos no funcionamento. Por exemplo, um produto Apple como um Macbook tem um SSD como disco rígido, dando ao Mac um perfil esguio.

O NVMe (Non-volatile memory express) é um protocolo de interface de dispositivo lógico para acessar a mídia de armazenamento não volátil de um computador. NVMe é uma especificação padrão usada em unidades SSD para evitar que cada fabricante tenha um driver de dispositivo exclusivo. Os SSDs NVMe utilizam o Peripheral Componente Interconnect Express (PCIe ou PCI express), capaz de lidar com as várias solicitações de ida e volta do sistema operacional para a SSD. O PCIe é uma interface de conexão comum de alta velocidade na placa do sistema.

As unidades de estado sólido funcionam utilizando circuitos eletrônicos para armazenar e recuperar dados. Os dados são armazenados em "blocos" e esses blocos só podem ser armazenados totalmente uma vez. Para manter os dados sequenciais juntos e os tempos de resposta baixos, o bloco deve ser completamente apagado e reescrito em um bloco diferente. Infelizmente, os blocos não são duráveis e são danificados no processo de apagamento. A escrita/apagamento é o que causa o desgaste em um SSD e é por isso que a maioria dos SSDs vem com tecnologia integrada de "nivelamento de desgaste", que distribui o desgaste de maneira uniforme o e estende a vida útil do dispositivo.

Alguns dos circuitos eletrônicos em um SSD são memórias flash NAND (porta lógica “Not AND”) que consistem em transistores NAND não voláteis. Transistores NAND não voláteis armazenam dados como uma carga em semicondutores em chips de memória de silício dispostos em matriz e, às vezes, empilhados em placas de circuito. As pilhas são chamadas de 3D NAND e apresentam capacidades de armazenamento muito maiores porque as células de memória são empilhadas umas sobre as outras. Células de nível único (SLC) são a variedade mais cara — mas mais durável — da tecnologia SSD. Dessa forma, a inclusão de um bit adicional de espaço de armazenamento por célula reduz custos e cada bit adicional armazenado é denotado de forma diferente. Finalmente, começando com células multinível (MLC), células de nível triplo (TLC) e células de nível quádruplo (QLC).

Os controladores gerenciam todas as células de memória flash, informando qual memória deve acessar ou manipular. Além disso, são responsáveis pela distribuição uniforme dos dados e pelo manuseio da coleta de lixo.

O objetivo das práticas comuns dependentes de fatores de formato é fazer com que os SSDs armazenem em cache os dados solicitados com tempos de resposta melhores, semelhantes aos módulos de RAM. O tempo de resposta mais rápido é mais vantajoso em comparação ao cache de solicitações frequentes em HDDs, que de outra forma teriam tempos de resposta baixos.

Os SSDs consomem menos energia do que os HDDs porque não têm componentes móveis. Os SSDs também dependem da energia constante do dispositivo em operação para funcionar. Embora os SSDs não alimentados percam dados quando não estão alimentados, a maioria dos SSDs vem com uma bateria integrada, o que permite que o dispositivo fique ocioso e mantenha a integridade dos dados.

Ambos os tipos de armazenamento têm benefícios e desvantagens. Portanto é necessária uma comparação de unidades de disco rígido (HDDs) e unidades de estado sólido (SSDs) para determinar a melhor opção para uma carga de trabalho.

Uma diferença fundamental no espaço de armazenamento é que os SSDs usam memória flash em vez de pratos magnéticos. Os SSDs mais recentes têm capacidades comumente usadas, como 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB e 2 TB. Os circuitos integrados que reduzem o tamanho do dispositivo também aumentam a densidade de armazenamento.

Para o consumidor médio, o maior SSD disponível tem cerca de 8 terabytes. Em 2018, a Samsung e a Toshiba lançaram no mercado SSDs de 30,72 TB com o mesmo formato de 2,5 polegadas, mas com uma espessura de unidade de 3,5 polegadas com interface SAS. Para mostrar os recursos dos SSDs, a Nimbus Data anunciou e enviou unidades de 100 TB de alta capacidade com interface SATA. A tecnologia SSD está sendo constantemente expandida e refinada, trazendo possibilidades aparentemente infinitas.

Os HDDs já existem há mais tempo, o que lhes permitiu crescer consideravelmente em capacidade com o passar dos anos e agora estão sendo lançados comercialmente com 20 terabytes de armazenamento. Muitos dos notebooks e desktops atuais vêm de fábrica com 250 GB de armazenamento.

A velocidade com que um SSD acessa os dados é superior à velocidade de um HDD. Enquanto um HDD pode processar 500 MB/s, a maioria dos SSDs pode processar 7000 MB/s. Essas velocidades mais rápidas permitem uma inicialização instantânea e menos latência ao registro em um dispositivo ou tempos de carregamento em aplicativos. Além disso, a transferência e a cópia de arquivos são mais rápidas com SSD. Devido à duração da bateria, o consumo de energia é de cerca de um quarto a um terço menor do que um HDD.

Os HDDs são melhores dispositivos de armazenamento de longo prazo. Os SDDs tendem a ser menos confiáveis para armazenamento no longo prazo devido aos vazamentos de dados que começam após um ano sem energia. Além disso, à medida que eles se aproximam do máximo de terabytes gravados(TBW), a eficácia diminui constantemente até atingirem um estado inutilizável. O TBW de um SSD é a quantidade total de dados que podem ser armazenados e apagados do dispositivo

Surgem semelhanças entre SSDs e HDDs quando se trata de portabilidade. Uma versão externa de um SSD é um SSD mais portátil do que sua contraparte interna estacionária. Os SSDs são especialmente úteis em data centers, onde grandes quantidades de dados precisam ser transferidas rapidamente de um sistema para outro. Um HDD externo é mais portátil do que o seu equivalente interno, mas é usado mais para armazenamento de longo prazo do que para transferência rápida de dados.

Para unidades de menor capacidade junto com dados usados com frequência, os SSDs oferecem o melhor desempenho pelo mesmo valor. Quanto maior a capacidade, mais benéficos os HDDs se tornam. Os preços dos SSDs estão no caminho certo para, um dia, serem tão eficientes em termos de custo por gigabyte quanto qualquer HDD. Um SSD de 500 Gigabytes é atualmente vendido por cerca de USD 55, enquanto um HDD de 500 Gigabytes custa aproximadamente USD 24 (no momento em que este artigo foi escrito).

Os SSDs são usados principalmente para dados rápidos e uso constante em um notebook ou desktop devido ao seu baixo consumo de energia e tamanho. São usados para processos diários e não devem ser usados para armazenamento mais longo, como HDDs. Os SSDs são o dispositivo preferencial quando se trata de mover arquivos grandes de forma rápida e fácil.