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Hard Disk SSD - Unità a stato solido

Un'unità a stato solido o drive a stato solido, in sigla SSD (dal corrispondente termine inglese solid-state drive), talvolta impropriamente chiamata disco a stato solido, è una tipologia di dispositivo di memoria di massa che utilizza memoria a stato solido (in particolare memoria flash) per l'archiviazione dei dati. L'importante differenza con i classici dischi è la possibilità di memorizzare in modo non volatile grandi quantità di dati, senza utilizzare organi meccanici.

La maggior parte delle unità a stato solido utilizza la tecnologia delle memorie flash NAND, che permette una distribuzione uniforme dei dati e di "usura" del disco.

Terminologia

Il termine "disco a stato solido" è improprio perché all'interno dell'SSD non c'è nessun disco, né di tipo magnetico né di altro tipo. L'utilizzo della parola "disco" deriva dal fatto che questa tipologia di dispositivo di memoria di massa svolge la medesima funzione del più datato disco rigido e viene quindi utilizzato in sostituzione di esso.

Dettagli tecnici

Le unità a stato solido si basano sulla memoria flash di tipo NAND per l'immagazzinamento dei dati, ovvero sfruttano l'effetto tunnel per modificare lo stato elettronico di celle di transistor; per questo essi non richiedono parti meccaniche e magnetiche (dischi, motori e testine), portando notevoli vantaggi per la sicurezza dei dati.

Oltre alla memoria in sé, un'unità disco SSD dispone di diversi componenti di supporto alle operazioni.

Controller

Il controller è costituito da un microprocessore che si occupa di coordinare tutte le operazioni del disco. Il software che governa questo componente è un firmware preinstallato dal produttore. Oltre alle operazioni di lettura/scrittura si occupa della gestione di:

  • Error-correcting code: controllo e correzione degli errori in fase di lettura/scrittura
  • Wearing level: limitazione dei cicli di lettura/scrittura
  • Memoria cache interna al disco
  • Garbage collection
  • Criptazione dei dati
  • Rilevamento e riallocazione dei settori danneggiati


Confronto con le unità tradizionali

Vantaggi

La totale assenza di parti meccaniche in movimento porta diversi vantaggi, di cui i principali sono:

  • rumorosità assente;
  • minore possibilità di rottura;
  • minori consumi durante le operazioni di lettura e scrittura;
  • tempo di accesso ridotto: si lavora nell'ordine dei decimi di millisecondo; il tempo di accesso dei dischi magnetici è oltre 50 volte maggiore, attestandosi invece tra i 5 e i 10 millisecondi;
  • maggiore resistenza agli urti: le specifiche di alcuni produttori arrivano a dichiarare resistenza a shock di 1500;
  • Maggiore durata: le unità a stato solido hanno mediamente un tasso di rottura inferiore a quelli degli hard disk. Questo tasso oscilla tra lo 0.5% fino a 3% mentre negli hard disk può raggiungere il 10%.
  • minore produzione di calore;

Svantaggi

A fronte di una maggiore resistenza agli urti e a un minor consumo, le unità a stato solido hanno due svantaggi principali:

  • un maggiore prezzo per bit, pari a circa dieci volte il costo di un disco rigido tradizionale.
  • una possibile minore durata dell'unità, a causa del limite di riscritture delle memorie flash. I dispositivi attuali dichiarano un numero massimo di riscritture consecutive dello stesso bit che va da 10.000 a 1.000.000 di cicli, a seconda del modello e degli utilizzi ipotizzati.

Entrambi i problemi sembrano però destinati a risolversi in futuro. Le nuove tecnologie stanno portando memorie flash in grado di garantire durata pari o superiore a quella di un disco rigido tradizionale e attualmente i produttori dichiarano 140 anni di vita con 50 GB di riscritture al giorno su un'unità da 250 GB. Il tutto grazie all'introduzione di particolari tecniche, come quella dell'uso di nanotubi di carbonio. Il costo di questa tecnologia inoltre sta lentamente scendendo (senza nanotubi di carbonio), facendo facilmente presagire una futura sostituzione dei dischi tradizionali con unità a stato solido.

Prestazioni in lettura e scrittura

Un elemento che viene immediatamente alla luce analizzando le prestazioni di un dispositivo SSD è la minore velocità in scrittura rispetto a quella in lettura e la sua forte variabilità in dipendenza della dimensione dei file che si vogliono scrivere.
Ciò dipende dal fatto che mentre i File system dei Sistemi Operativi solitamente usano blocchi di celle dalla dimensione di 4 kB, nei dispositivi SSD la dimensione dei blocchi è molto superiore (p. es. 4 MB).
Questo comporta che per scrivere una cella dobbiamo leggere prima l'intero blocco, quindi scriverci sopra la cella desiderata lasciando le altre inalterate e infine salvarlo.
Ne deriva che se dobbiamo scrivere più celle (file più grandi) le prestazioni migliorano perché a fronte della lettura e poi del salvataggio di un blocco, possiamo scriverci dentro contemporaneamente tante celle quanto sono quelle libere disponibili.
Un modo per migliorare le prestazioni è quello di conoscere i blocchi liberi (con nessuna cella utilizzata), per ottenere questo i Sistemi Operativi di ultima generazione mettono a disposizione il comando TRIM che comunica al controller dell'SSD quali blocchi sono inutilizzati e cancellando le celle direttamente in fase di cancellazione dei file migliorando dunque le prestazioni.
Un disco SSD invece non soffre di problemi di deframmentazione in quanto il tempo d'accesso a qualunque cella è identico; i moderni sistemi operativi disattivano o rendono ininfluente tale operazione.

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