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muy bueno...

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Solid State Drive

Luis Zoran Robaina Kotur, Ismael Romero Rando, Aitor Saavedra Hernández. EII ULPGC

Contenido SOLID STATE DISKS ...................................................................................................................... 2 Introducción .................................................................................................................................. 2 Dynamic Random Access Memory en SSD .................................................................................... 2 Memoria flash ............................................................................................................................... 3 Funcionamiento de las celdas flash .............................................................................................. 3 NAND y NOR .................................................................................................................................. 4 Estructura de la celda.................................................................................................................... 5 Páginas y bloques .......................................................................................................................... 6 SSD por dentro .............................................................................................................................. 7 Características técnicas de SSDs actuales ..................................................................................... 7 SSD vs HDD .................................................................................................................................... 8 Ventajas e inconvenientes ............................................................................................................ 9 Previsión de futuro. ..................................................................................................................... 10 Bibliografía .................................................................................................................................. 10

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SOL SOLID ID SSTAT TAT TATE E DI DISKS SKS Introducción Llamamos SSD (Solid State Drive) a un tipo de dispositivo de almacenamiento secundario, en ocasiones se usa de forma errónea el término disk en lugar de drive (unidad), ya que este no usa discos, sino con elementos completamente electrónicos. La tecnología usada por las SSD no es nueva, se basa en semiconductores, ya desde los 80 se empezaron a fabricar memorias de esta manera, pero su elevado precio lo hacía inviable como método de almacenamiento, se usó DRAM para fabricar SSD volátiles, actualmente se basan en NAND Flash mayoritariamente. En este trabajo trataremos a fondo el funcionamiento de las SSD, explicaremos sus ventajas e inconvenientes, la enfrentaremos al disco duro convencional y haremos una previsión del futuro de esta tecnología.

Dynamic Random Access Memory en SSD Fue la primera aparición de los SSD, eran volátiles, para almacenar la información se usaban condensadores, que requieren refrescarse continuamente mediante electricidad para mantener la información. Se solía incluir una batería para que, en caso de pérdida de energía, se pudiera pasar la información a un sistema no volátil como un disco duro. La ventaja de esta tecnología es que cada celda se

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direcciona tipo X-Y para escritura y lectura, por lo que la velocidad de acceso a datos era muy alta, pero consumía demasiada energía, esto abre las puertas a tecnología más barata basada en flash.

Memoria flash Es un tipo de memoria no volátil que puede ser borrada y reprogramada eléctricamente, el primer chip flash NOR fue presentado en 1988, más adelante se comercializó por primera vez la flash NAND que era menos costosa.

Funcionamiento de las celdas flash Las memorias flash están compuestas por celdas, todas se encuentran a nivel alto. Programar la memoria es el proceso de cambiar un "1" lógico por un "0" lógico. Borrar un bloque cambia todos los "0" lógicos de ese bloque por "1" lógicos. Las operaciones básicas de una memoria Flash son la programación, la lectura y borrado. Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada, la compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control. Cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se almacena un 1.

La programación se efectúa con la aplicación de una tensión a cada una de las compuertas de control, correspondiente a las celdas en las que se desean almacenar

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0's. Para almacenar 1's no es necesario aplicar tensión a las compuertas debido a que el estado por defecto de las celdas de memoria es 1. La lectura se efectúa aplicando una tensión positiva a la compuerta de control de la celda de memoria, en cuyo caso el estado lógico almacenado se deduce con base a la corriente que circula por el transistor en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control: Si hay un 1 almacenado (no hay carga), la tensión aplicada será lo suficiente para encender el transistor y hacer circular corriente del drenador hacia la fuente. Si hay un 0 almacenado (existe carga), la tensión aplicada no encenderá el transistor debido a la carga eléctrica almacenada en la compuerta aislada. El borrado consiste en la liberación de las cargas eléctricas almacenadas en las compuertas aisladas de los transistores. Este proceso consiste en la aplicación de una tensión lo suficientemente negativa que desplaza las cargas como se indica en la figura

La forma de organizar las celdas da lugar a la lógica en las flash, la NOR organiza las celdas de memoria en paralelo, con el drenaje de cada celda conectado a una línea de bits, agrupándose varias líneas de bits para constituir un grupo de E/S, la NAND conecta las celdas en serie, con una puerta de selección para cada puerta de control inferior y conexiones en serie con las puertas de control de este grupo de puertas.

NAND y NOR Las memorias flash se pueden clasificar según la lógica que utilizan, que las hacen diferentes en muchos aspectos.

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Las flash NOR necesitan de un largo periodo de tiempo para los ciclos de escritura y lectura, pero permite en cambio acceso aleatorio para lectura y escritura en cualquier dirección, aguantando entre 10.000 y 1.000.000 de ciclos de borrado. La desventaja es que para pasar de estado lógico 0 a 1 no se puede hacer a nivel de bit, sino de bloque, haciendo que en ocasiones sea más lento. Las flash NAND ofrecen mayor velocidad de escritura y lectura, además de mayor densidad y precio por bit que las NOR, permite 10 veces más ciclos de escritura. La desventaja aquí reside en el acceso secuencial a los datos, se direcciona en bloques y se programa en base a páginas, sin embargo, el borrado se hace por bloques. Por tanto NAND se presta para guardar grandes cantidades de información, como en las SSD.

Estructura de la celda Existen tres formas actualmente de fabricar las celdas: 

Celda de nivel individual (SLC), este proceso consiste en cortar las obleas de silicio y obtener chips de memoria, los chips son considerablemente más rápidos que los de la tecnología opuesta (MLC), mayor longevidad, menor consumo, un menor tiempo de acceso a los datos. A contrapartida, la densidad de capacidad por chips es menor, y por ende, un considerable mayor precio en los dispositivos fabricados con éste método. A nivel técnico, pueden almacenar solamente 1 bit de datos por celda.

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Celda de nivel múltiple (MLC), este proceso consiste en apilar varios moldes de la oblea para formar un sólo chip. Las principales ventajas de este sistema de fabricación es tener una mayor capacidad por chip que con el sistema SLC y por tanto, un menor precio final en el dispositivo. A nivel técnico es menos fiable, durable, rápido y avanzado que las SLC. Estos tipos de celdas almacenan 2 bits por cada una, es decir 4 estados, por esa razón las tasas de lectura y escritura de datos se ven mermadas. Las memorias flash que usan el MLC tiene código de detección de errores.

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Triple bit por celda (TLC), nuevo proceso en el que se mantienen 3 bits por cada celda. Su mayor ventaja es la considerable reducción de precio. Su mayor desventaja es que solo permite 1000 escrituras.

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Páginas y bloques Los grupos de celdas se organizan en páginas, la estructura más pequeña legible y escribible en una SSD, las páginas se organizan en bloques, los bloques es la estructura más pequeña que puede ser borrada en un dispositivo NAND flash. Un array de celdas se agrupa en páginas, los arrays de páginas en bloques, y los bloques en planos. Hay varios planos en una única matriz de flash NAND.

Dado que las memorias flash NAND se desgastan tras sucesivas escrituras, es de gran importancia que no se produzcan accesos frecuentes a un único o reducido número de chips flash. Para evitar esto los fabricantes incorporan soluciones que

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abstraen la capa de almacenamiento físico de la capa lógica. Aunque el ordenador constantemente escriba a la misma dirección lógica, el controlador moverá el direccionamiento en puntos que han sido menos escritos en la capa física subyacente. De esta manera se evita la degradación del rendimiento de la SSD. Cuando un bloque está desgastado la escritura fallará, y será detectado por el control por lo que será guardado para evitar futuras lecturas/escrituras en el bloque.

SSD por dentro A continuación pasaremos a analizar los principales componentes de las SSD, la figura los muestra.   

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Memoria flash: aquí es donde se almacena toda la información. Buffer de memoria: chip SDRAM de bajo consumo energético para acelerar la comunicación entre el controlador y la interfaz SATA Controlador: prácticamente es el corazón de la unidad, que organiza toda la información para que no se desgasten las celdas, se encarga de realizar las transferencias y de generar y comprobar los códigos de corrección de errores. Toma de corriente: a través de ella se suministra con energía al dispositivo.

Características técnicas de SSDs actuales

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SSD vs HDD Los SSD son dispositivos bastante diferentes, a continuación destacaremos los principales puntos donde difieren: Estructura: Un HDD está formado por platos, cabezal de lectura/escritura, un motor, electroimán y un circuito electrónico; por el contrario, los SSD están formados por memoria de estado sólido o memoria flash, por lo que no disponen de ningún componente móvil en su estructura.  

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Capacidad: La cantidad de GB es relevante a la hora de elegir. La capacidad de los HDD ya rondan por los 5 TB mientras que el SSD con más capacidad es de 2 TB. Tamaño: Los HDD tienen dos tamaños estándar: los de 3.5 pulgadas (usados para equipos de escritorio) y los de 2.5 pulgadas (usados en laptop y equipos móviles), mientras que los SSD por lo general son de 2.5 pulgadas, y existen varios que son tan pequeños y delgados como una tarjeta de crédito. Debido a esto los SSD son mucho más livianos que los discos tradicionales. Velocidad: 5,400, 7,200 y 10,000 revoluciones por minuto (RPM). Esas son las velocidades a las que giran los HDD. En comparación, los SSD no poseen partes móviles, por lo cual la velocidad a la que ejecuta o accede a los archivos y programas es casi inmediata. Ruido: Mientras que los SSD son totalmente silenciosos por no tener partes móviles. Los HDD si lo generan, y mucho más cuando sus velocidades de rotación son muy altas.

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Tal vez no sea muy perceptible en un ambiente de trabajo, pero en lugares silenciosos se puede escuchar el sonido de los cabezales de lectura cuando leen o escriben información en los platos. Precio: Los SSD hoy en día tienen un precio realmente elevado en relación a la capacidad de almacenamiento mientras que los HDD son asequibles económicamente en comparación con los SDD. Seguridad: En caso de un fallo mecánico, un HDD puede perder los datos, pero frecuentemente pueden recuperarse. Sin embargo, en caso de un golpe o movimiento brusco pueden, en el peor de los casos, dañarse de tal manera que no puedas recuperar nada. Los SSD, al no tener elementos mecánicos, pueden resistir sin problemas golpes y caídas sin sufrir daños. No es así en caso de sufrir un fallo eléctrico, donde la información se pierde por completo ya que la celda de memoria es destruida. Multitareas: Si bien, los HDD ofrecen una operación confiable, la tecnología SSD es capaz de abrir hasta 2.5 veces más rápido una aplicación en comparación con los HDD por lo tanto esto facilita la ejecución de aplicaciones de manera simultánea Calor y consumo de energía: La temperatura y el consumo eléctrico en los SSD es muy reducido, en comparación con los HDD, los cuales, al estar casi constantemente girando, necesitan energía, y la gran velocidad de los discos genera calor lo cual puede afectar al resto del ordenador. Lectura/Escritura: La tecnología de los HDD alcanza velocidades de lectura de 80Mb/s y de hasta 60Mb/s de escritura. Aunque es eficiente, podría terminar siendo lenta para las necesidades y estándares actuales mientras la transmisión de datos en una unidad SSD es cinco veces mayor, obteniendo velocidades de 250Mb/s para lectura y 230Mb/s para escritura Fallos: El MTBF (media aritmética para expresar la probabilidad de fallo de un dispositivo según las horas de empleo) de un HDD es de 300,000 mientras que el MTBF de un SDD es 1.000.000 por lo tanto es un 300% más eficiente.

Ventajas e inconvenientes Ahora pasaremos a describir las principales ventajas del SSD:  

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El arranque del sistema operativo es más rápido porque a diferencia de los tradicionales no tiene platos que tengan que girar a una velocidad constante. Poseen velocidades de escritura y lectura mayores. Como consecuencia, el arranque de aplicaciones más pesadas será más rápido y los tiempos de búsqueda también descienden. Consumen menos y se calientan menos al no tener elementos mecánicos. No hacen ruido. No sufre tanto la fragmentación de los datos. Permite una rápida limpieza de datos sin dejar rastro. Fallan menos. El tiempo medio entre fallos supera los 2 millones de horas. Pesan menos. Resiste mejor los impactos, caídas y vibraciones.

Y a continuación las desventajas: 

La desventaja fundamental es el precio/Gb.

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Si tiene lugar un fallo físico se pierden los datos de forma irreversible. En cambio, en los discos tradicionales frecuentemente con ayuda experta se pueden recuperar los datos. La vida útil es bastante menor a un HDD.

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Previsión de futuro. Las prestaciones de los SSD en general son bastante superiores a los del HDD, con lo que se prevé que tarde o temprano su uso se irá extendiendo en detrimento de los discos duros, haciendo desaparecer a estos últimos o relegándolos a unas funciones distintas a las actuales Para que esto suceda, además de seguir evolucionando sus virtudes, tendrá que terminar de pulir los diferentes inconvenientes que poseen frente a los HDD, principalmente el precio, que salvo excepciones, aún está lejos de venderse a un precio razonable para el usuario.

Bibliografía http://hardzone.es/comparativa-ssds-de-intel-330-335-525-y-s3700-series/ http://webadictos.com/2013/09/10/hdd-vs-ssd/ http://www.xataka.com/otros/discos-ssd-contra-discos-duros

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_estado_s%C3%B3lido http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_flash Moving Media Storage Technologies By: Karl Paulsen Publisher: Focal Press Pub. Date: December 11, 2012 Print ISBN-13: 978-0-240-81448-3 Web ISBN-13: 978-1-136-02305-7

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http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/elementos_del_pc/Memoria_flash/FUNCIONAMIENTO.htm http://www.hardwaresecrets.com/article/Anatomy-of-SSD-Units/904/2

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