Unità disco rigido (HDD) e solid-state drive (SSD) a confronto: qual è la differenza?

Un disco rigido o unità disco rigido (HDD) è un tipo di dispositivo di data storage utilizzato nei laptop e desktop. Un'unità HDD è un'unità di storage "non volatile", ovvero può conservare i dati memorizzati anche quando non viene fornita alimentazione al dispositivo. I sistemi operativi (OS) indicano all'HDD di leggere e scrivere i dati in base alle necessità dei programmi. La velocità con cui l'unità legge e scrive questi dati dipende esclusivamente dall'unità stessa.

Le unità HDD sono nate come enormi dispositivi che riempivano la stanza con una capacità di circa 3,75 megabyte. Oggi, in confronto, un'unità HDD che si adatta facilmente a un computer desktop può avere fino a 18 terabyte di storage.

Un'unità HDD è costituita da oggetti simili a dischi chiamati "piatti". È sui piatti che i dati vengono memorizzati utilizzando una carica elettrica. Questa carica elettrica proviene dal braccio o “testina di lettura/scrittura”. Alle testine di lettura/scrittura viene detto dove spostarsi sui piatti dal software della CPU e della scheda di sistema.

Ogni piatto dispone di un braccio con testine magnetiche e ogni piatto gira ed è diviso in settori. Questi settori hanno migliaia di suddivisioni (chiamate bit) che possono accettare una carica elettrica. I bit del settore e le loro cariche corrispondenti vengono letti dalla testina di lettura/scrittura e possono essere tradotti in codice binario, come 1 e 0.

Nel corso degli anni di sviluppo dell'HDD, c'è stato un cambiamento nella disposizione dei settori sul piatto. Il design originale dei dischi rigidi includeva la registrazione longitudinale, che allineava i settori al piatto rotante dell'unità in modo orizzontale. Questo allineamento orizzontale è diventato un problema con l'aumento della capacità dell'HDD in seguito alla riduzione dei settori. Su una scala così piccola, i bit invertirebbero la loro carica in modo casuale a seconda della temperatura, corrompendo i dati.

La "registrazione perpendicolare" è un metodo creato per combattere i problemi riscontrati nella registrazione longitudinale. Questo metodo impila i settori alle loro estremità e crea più di tre volte la capacità di storage rispetto alla registrazione longitudinale. Tuttavia, lo svantaggio è rappresentato dalla maggiore sensibilità ai campi magnetici, che ha richiesto la progettazione di bracci di lettura/scrittura più precisi.

Quando una CPU scrive dati sull'HDD, utilizza una parte di uno o più settori, a seconda delle dimensioni del file. Quando si verifica un aggiornamento dei dati, la CPU ordina all'HDD di scriverli nel successivo settore disponibile. La distanza tra il primo settore e questo nuovo settore aumenta la velocità con cui i dati possono essere letti. Sebbene il tempo sia misurato in millisecondi, un maggior numero di istanze di separazione dei dati può causare un rallentamento significativo. Questa separazione dei dati si chiama "frammentazione del disco" e la maggior parte dei sistemi operativi dispone di un programma integrato che deframmenta il disco, riorganizzando i dati in modo che le informazioni per un programma siano in un unico posto.

Le unità disco rigido (HDD) tradizionali sono una tecnologia legacy che esiste da più tempo rispetto alle unità SSD. Tuttavia, l'età offre i suoi vantaggi e ampie opportunità di fare progressi in tutti gli aspetti della tecnologia.

Lo scopo di un'unità HDD è la lettura, scrittura e memorizzazione dei dati. Sono dispositivi affidabili per i backup, oltre che per i normali processi informatici. La tecnologia HDD è stata perfezionata in modo significativo, riducendo i costi e aumentando la capacità complessiva.

Nel corso degli anni la capacità delle unità HDD è aumentata e ora queste sono fornite con 20 terabyte di storage. Molti dei moderni laptop e desktop sono dotati di 250 GB di storage nei modelli base.

Le prestazioni sono in genere misurate in base alla velocità e all'affidabilità del dispositivo. La velocità con cui le unità HDD elaborano i dati è cresciuta in modo significativo nel corso degli anni e si adatta bene al loro scopo.

Tuttavia, i componenti fisici delle unità HDD creano più limitazioni rispetto ad altri dispositivi di storage. La precisione di un braccio perde accuratezza se il disco si sposta troppo velocemente e un disco può girare solo a una certa velocità prima di iniziare a deformarsi o addirittura a rompersi. L'accelerazione del piatto per ottenere la velocità ottimale richiede tempo e genera un tempo di avvio più lento.

Le unità HDD sono affidabili nel memorizzare i dati per lunghi periodi di tempo senza essere alimentate e sono il metodo di archiviazione preferito per i backup. La longevità di un disco rigido interno in caso di uso costante è compresa tra tre e cinque anni. La durata può essere maggiore se il dispositivo è un disco rigido esterno e viene memorizzato in uno spazio controllato. L'usura regolare del dispositivo è comune, soprattutto a causa della scrittura e riscrittura dei dati sugli stessi settori di un piatto. Lo storage a lungo termine per più unità può essere semplice come l'utilizzo di un disco rigido esterno. Un altro modo per accedere a questi file di backup da qualsiasi luogo consiste nell'utilizzo di un sistema Network Attached Storage (NAS). Un NAS è una posizione di storage centralizzata che consente lo storage e il recupero dei dati per gli utenti di rete autorizzati.

I dischi rigidi portatili esterni svolgono le stesse funzioni di base di un'unità HDD interna e possono essere utilizzati con computer laptop o desktop. Le unità esterne sono vendute con i propri alimentatori esterni. I dischi rigidi interni dei computer sono "portatili", ovvero possono essere spostati facilmente da un dispositivo all'altro. Tuttavia, sono meno compatibili con tutti i dispositivi e richiedono più sforzo per essere spostati.

Le unità HDD sono il tipo di storage più economico perché offrono il costo per gigabyte più efficiente. Con l'aumento della capacità di storage, il prezzo delle unità HDD più piccole diminuisce. Ad esempio, le unità HDD con capacità di 500 gigabyte sono vendute a meno di 40 dollari.

Un componente fondamentale dei computer, ovvero le solid-state drive (SDD), offrono caratteristiche di lettura, scrittura e avvio rapide sulle macchine moderne senza alcun paragone rispetto ai dischi rigidi tradizionali.

Un'unità solid-state drive è un hardware per computer con memoria non volatile (NVM) che memorizza i dati senza parti in movimento. Mentre le unità disco rigido (HDD) utilizzano un disco magnetico rotante e una testina di scrittura meccanica per manipolare i dati, le unità SSD utilizzano la carica nei semiconduttori.

Le unità SSD interne sono installate all'interno dei computer, mentre le unità SSD esterne sono collegate come le HDD esterne, spesso alle porte USB 3.0, e hanno scopi simili. Un'unità SSD è un dispositivo di storage di memoria che implementa circuiti integrati anziché componenti per lo storage. I circuiti integrati ne riducono le dimensioni complessive e li rendono silenziosi durante il lavoro. Ad esempio, un prodotto Apple come un MacBook ha un'unità SSD per disco rigido, che conferisce al Mac un profilo sottile.

Non-volatile memory express (NVMe) è un protocollo di interfaccia logical-device per accedere alla storage non volatile di un computer. NVMe è una specifica standard che viene utilizzata sulle unità SSD, affinché ogni produttore non abbia un driver unico. Le unità SSD NVMe utilizzano il Peripheral Component Interconnect Express (PCIe o PCI express), in grado di gestire le richieste multiple back-and-forth dal sistema operativo all'unità SSD. PCIe è un'interfaccia di connessione ad alta velocità comune nelle schede di sistema.

Le unità solid-state drive funzionano utilizzando circuiti elettronici per memorizzare e recuperare i dati. I dati vengono memorizzati in "blocchi" e questi blocchi possono essere scritti completamente solo una volta. Per mantenere i dati sequenziali insieme e i tempi di risposta bassi, il blocco deve essere completamente cancellato e riscritto su un blocco diverso. Purtroppo i blocchi non sono durevoli e si danneggiano durante il processo di cancellazione. La scrittura/cancellazione è il modo in cui si verifica l'usura di un'unità SSD ed è il motivo per cui la maggior parte delle unità SSD è dotata di una tecnologia integrata di "livellamento dell'usura", che distribuisce uniformemente l'usura e prolunga la durata del dispositivo.

Alcuni dei circuiti elettronici di un'unità SSD sono memorie flash NAND ("Not AND" logic gate) costituite da transistor NAND non volatili. I transistor NAND non volatili memorizzano i dati come carica nei semiconduttori su chip di memoria al silicio in un array e talvolta impilati su circuiti stampati. Gli stack si chiamano NAND 3D e vantano capacità di storage molto maggiori perché le celle di memoria sono impilate l'una sull'altra. Le celle a livello singolo (SLC) sono la varietà più costosa, ma più duratura, della tecnologia SSD. Di conseguenza, l'aggiunta di un ulteriore bit di storage per cella riduce i costi e ogni bit aggiuntivo memorizzato viene indicato in modo diverso. Infine, a partire da celle a più livelli (MLC), celle a tre livelli (TLC) e celle a quattro livelli (QLC).

I controller gestiscono tutte le celle di memoria flash dicendo loro a quale memoria accedere o manipolare. Inoltre, sono responsabili della distribuzione uniforme dei dati e della gestione della garbage collection.

Le pratiche comuni dipendenti dal fattore di forma prevedono che le unità SSD memorizzino nella cache i dati richiesti con tempi di risposta più rapidi, simili ai moduli RAM. Il tempo di risposta più rapido è più auspicabile rispetto alla memorizzazione nella cache delle richieste a caldo da HDD che altrimenti avrebbero tempi di risposta bassi.

Le unità SSD hanno meno requisiti di consumo energetico rispetto alle unità HDD perché non hanno componenti mobili. Le unità SSD si basano anche sulla potenza costante del dispositivo operativo per funzionare. Sebbene le unità SSD non alimentate perdano dati, la maggior parte delle unità SSD è dotata di una batteria integrata che consente al dispositivo di rimanere inattivo e mantenere comunque l'integrità dei dati.

Ogni tipo di storage presenta benefici e svantaggi. Pertanto, è necessario un confronto tra unità disco rigido (HDD) e solid-state drive (SSD) per determinare il workload migliore.

Una differenza fondamentale nello spazio di archiviazione è che le unità SSD utilizzano la memoria flash anziché i piatti magnetici. Le unità SSD più recenti hanno capacità di uso comune come 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB e 2 TB. I circuiti integrati che riducono le dimensioni del dispositivo aumentano anche la densità di storage.

Per il consumatore medio, l'SSD più grande che si possa trovare è di circa 8 terabyte. Nel 2018, Samsung e Toshiba hanno introdotto sul mercato SSD da 30,72 TB utilizzando lo stesso fattore di forma da 2,5 pollici, ma con uno spessore dell'unità da 3,5 pollici, utilizzando un'interfaccia SAS. Per mostrare le funzionalità delle unità SSD, Nimbus Data ha annunciato e distribuito unità da 100 TB ad alta capacità utilizzando un'interfaccia SATA. La tecnologia SSD viene costantemente ampliata e perfezionata, con possibilità apparentemente infinite.

Le unità HDD sono in circolazione da più tempo, il che ha permesso loro di aumentare significativamente la capacità nel corso degli anni e ora vengono vendute anche con 20 terabyte di storage. Molti dei moderni laptop e desktop sono dotati di 250 GB di storage nei modelli base.

La velocità con cui un'unità SSD accede ai dati è superiore alla velocità di un'unità HDD. Mentre un'unità HDD può elaborare 500 MB/s, la maggior parte delle unità SSD può elaborare 7.000 MB/s. Queste velocità più elevate consentono l'avvio istantaneo e una minore latenza durante l'accesso a un dispositivo o nei tempi di caricamento delle app. Inoltre, il trasferimento e la copia dei file sono più veloci su un'unità SSD. Grazie alla durata della batteria, il consumo energetico è inferiore di circa un quarto o un terzo rispetto a quello di un'unità HDD.

Le unità HDD sono un migliore dispositivo per lo storage a lungo termine. Le unità SDD tendono a essere meno affidabili per lo storage a lungo termine a causa delle fughe di dati che iniziano dopo un anno di inattività. Inoltre, via via che si avvicinano al massimo dei terabyte scritti (TBW), la loro efficacia diminuisce costantemente, fino a raggiungere uno stato inutilizzabile. Il TBW di un'unità SSD è la quantità totale di dati che possono essere memorizzati e cancellati dal dispositivo.

Le somiglianze sorgono tra SSD e HDD in termini di portabilità. Una versione esterna di un'unità SSD è più portatile rispetto alla sua controparte interna fissa. Le unità SSD sono particolarmente utili nei data center in cui è necessario trasferire rapidamente grandi quantità di dati da un sistema all'altro. Un'unità HDD esterna è più portatile della sua controparte interna, ma viene utilizzata più per lo storage a lungo termine che per il trasferimento veloce dei dati.

Per le unità di capacità ridotta e per i dati utilizzati di frequente, le unità SSD offrono le migliori prestazioni a parità di prezzo. Più grande è la capacità, più vantaggiose diventano le unità HDD. I prezzi delle unità SSD sono sulla buona strada per diventare, un giorno, altrettanto efficienti in termini di costo per gigabyte di qualsiasi unità HDD. Un'unità SSD da 500 Gigabyte viene venduta attualmente a circa 55 dollari, mentre un'unità HDD da 500 Gigabyte costa circa 24 dollari (al momento in cui scriviamo).

Le unità SSD sono utilizzate principalmente per il recupero rapido dei dati e per l'uso costante su laptop o desktop, grazie al loro basso consumo energetico e alle loro dimensioni. Sono utilizzate per i processi quotidiani e non dovrebbero essere utilizzate per uno storage più lungo, come le unità HDD. Le unità SSD sono il dispositivo preferito quando si tratta di spostare file di grandi dimensioni in modo rapido e semplice.