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Hardware - A arquitetura de uma placa-mãe de Desktop e Notebook

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Neste artigo será mostrado a arquitetura de uma placa-mãe e as mudanças dela no decorrer do avanço da tecnologia. Uma placa-mãe de computador segue padrões para ser construída. Independente da marca ou modelo, existem algumas arquiteturas que são (ou foram) utilizadas. E quando digo "arquitetura" estou me referindo à organização dos componentes e tecnologias presentes na placa.

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Introdução

Os HDs passaram por evoluções espantosas nos últimos anos. No entanto, aplicações atuais exigem dispositivos de armazenamento ainda mais sofisticados, capazes de unir desempenho rápido, capacidade razoável de armazenamento, menor consumo de energia e durabilidade. As unidades - ou "discos" - SSD (Solid-State Drive) são a resposta para essa necessidade.

Neste texto, eu, Emerson Alecrim, explico para você o que exatamente é SSD. Também abordo conceitos relacionados, como formatos, Flash, TRIM, tecnologias de construção, entre outros.

Vamos começar? Se preferir, pule direto para o tópico desejado na lista a seguir:

O que é SSD?

Vamos iniciar definindo a ideia. Como você já sabe, SSD é a sigla para Solid-State Drive, algo como "Unidade de Estado Sólido", em tradução livre. Trata-se de um tipo de dispositivo para armazenamento de dados que, de certa forma, concorre com os discos rígidos.

Aceita-se a ideia de que o nome faz alusão à inexistência de peças móveis na construção do dispositivo, o que já não acontece nos HDs, que precisam de motores, discos, e cabeçotes de leitura e gravação para funcionar.

O termo "Estado Sólido", na verdade, faz referência ao uso de material sólido para o transporte de sinais elétricos entre transístores em vez de uma passagem baseada em tubos a vácuo, como era feito na época das válvulas.

Em aparelhos SSD, o armazenamento é feito em um ou mais chips de memória, dispensando totalmente o uso de sistemas mecânicos para o seu funcionamento. Como consequência, unidades do tipo acabam sendo mais econômicas no consumo de energia, afinal, não precisam alimentar motores ou componentes semelhantes (note, no entanto, que há outras condições que podem elevar o consumo de energia, dependendo do produto).

Essa característica também faz "discos SSD" (não se trata de um disco, portanto, o uso desta denominação não é correto, apesar de relativamente comum) utilizarem menos espaço físico, pois os dados são armazenados em chips especiais, de tamanho muito reduzido. Graças a isso, os SSDs começaram a ser usados de forma ampla, inclusive em dispositivos extremamente portáteis, como notebooks ultrafinos (ultrabooks) e tablets.

Visão interna e externa de uma unidade SSD de 64 GB da Sandisk;
Note que o dispositivo é composto, essencialmente, por chips

Outra vantagem da não utilização de peças móveis está no silêncio - você não ouve uma unidade SSD trabalhar, tal como pode acontecer com um HD. A resistência física também é um benefício: o risco de danos é menor quando o dispositivo sofre quedas ou é balançado (o que não quer dizer que SSDs são indestrutíveis).

Além disso, dispositivos SSD pesam menos e, em boa parte dos casos, podem trabalhar com temperaturas mais elevadas que aquelas suportadas pelos discos rígidos. Há ainda outra característica considerável: o tempo de transferência de dados entre a memória RAM e unidades SSD costuma ser muito menor, agilizando o processamento de dados.

É claro que também há desvantagens: unidades SSD são mais caras que HDs, embora os preços diminuam à medida que a sua utilização aumenta. Por causa disso - em muitos casos, também por limitações tecnológicas -, a grande maioria das unidades SSD oferecidas no mercado tem capacidade de armazenamento muito inferior em comparação aos discos rígidos que possuem a mesma faixa de preço.

Memória Flash: o ingrediente principal

A tecnologia SSD é baseada em chips especialmente preparados para armazenar dados, mesmo quando não há recebimento de energia. São, portanto, dispositivos não-voláteis. Isso significa que não é necessário usar baterias ou deixar o dispositivo constantemente ligado na tomada para manter os dados nele.

Para que isso seja possível, convencionou-se entre os fabricantes de SSD o uso de memórias Flash. Trata-se de um tipo de memória EEPROM* (ver explicação abaixo) desenvolvido pela Toshiba nos anos 1980. Os chips de memória Flash são parecidos com a memória RAM usada nos computadores, porém, ao contrário desta última, suas propriedades fazem com que os dados não sejam perdidos quando não há mais fornecimento de energia, como já informado.
* EEPROM é um tipo de memória ROM que permite a regravação de dados, no entanto, ao contrário do que acontece com as memórias EPROM, os processos para apagar e gravar informações são executados eletricamente, fazendo com que não seja necessário mover o dispositivo a um aparelho especial para que a regravação ocorra.
Há, basicamente, dois tipos de memória Flash: Flash NOR ( Not OR) e Flash NAND ( Not AND). O nome é proveniente da tecnologia de mapeamento de dados de cada um. O primeiro tipo permite acesso às células de memória de maneira aleatória, tal como acontece com a RAM, mas com alta velocidade. Em outras palavras, o tipo NOR permite acessar dados em posições diferentes da memória de maneira rápida, sem necessidade de esta atividade ser sequencial. O tipo NOR é usado em chips de BIOS ou firmwares de smartphones, por exemplo.

O tipo NAND, por sua vez, também trabalha em alta velocidade, porém faz acesso sequencial às células de memória e as trata em conjunto, isto é, em blocos de células, em vez de acessá-las de maneira individual. Em geral, memórias NAND também podem armazenar mais dados que memórias NOR, considerando blocos físicos de tamanhos equivalentes. É, portanto, o tipo mais barato e mais utilizado em SSDs.

Chip de memória Flash NAND da Micron

Tecnologias SLC, MLC, TLC, QLC e PLC

Atualmente, há três tecnologias principais que podem ser empregadas tanto em memórias Flash NOR quando em Flash NAND: Multi Level Cell ( MLC), Single Level Cell ( SLC) e Triple Level Cell ( TLC). Em 2018, a fabricante Micron apresentou o primeiro SSD com um novo padrão, o QLC Quad Level Cell (QLC).

É bastante provável que você encontre uma dessas quatro siglas na descrição do SSD que você está escolhendo, por isso, é bom conhecê-las. Se preferir, você pode entender o assunto neste texto que explica as diferenças entre SLC, MLC, TLC, QLC e PLC.

Single Level Cell (SLC)

Os primeiros SSDs foram baseados em chips com tecnologia SLC que, basicamente, guardam um bit em cada célula de armazenamento. Esse esquema de um bit por célula torna o dispositivo mais caro, pois é necessário ter mais células para armazenar a mesma quantidade de dados que os tipos MLC e TLC.

Em contrapartida, um chip SLC é bastante confiável, suportando, por padrão, cerca de 100 mil operações de leitura e escrita por célula, contra 10 mil do MLC e 5 mil do TLC (mas esses números podem variar conforme a evolução da tecnologia).

Chips SLC também costumam permitir que as operações de leitura e escrita sejam executadas mais rapidamente, afinal, cada célula só armazena um bit, 0 ou 1. No MLC, por exemplo, uma célula pode ter dois bits; essa elevação na quantidade de dados torna o procedimento um pouco mais lento.

A tecnologia SLC praticamente caiu em desuso, sendo destinada hoje a aplicações muito específicas.

Multi Level Cell (MLC)

O tipo MLC é bastante comum, consistindo em um processo que utiliza tensões diferenciadas para fazer uma célula de memória armazenar dois bits (teoricamente, é possível fazê-la armazenar mais) em vez de apenas um, como no SLC.

Graças à tecnologia MLC, os custos de dispositivos de armazenamento Flash se tornaram menores, aumentando inclusive a oferta de produtos como pendrives e smartphones com preços mais acessíveis.

Como você já deve ter percebido, o MLC permite que o SSD armazene mais dados por chip: onde havia apenas um bit, agora há dois. Há uma desvantagem, porém: o desempenho costuma ser inferior na comparação com o tipo SLC, como eu expliquei no tópico anterior.

Isso acontece porque, no MLC, uma célula pode armazenar quatro valores de informação por conta do suporte a dois bits: 00, 01, 10 e 11. Por causa disso, o controlador da unidade precisa usar tensões muito específicas para identificar corretamente se a célula está em uso e com qual valor. Esse processo acaba deixando a operação mais lenta.

Triple Level Cell (TLC)

O próprio nome já indica: o tipo TLC armazena três bits por célula, portanto, o volume de dados que pode ser guardado na unidade aumenta consideravelmente. É um dos padrões mais recentes do mercado.

Porém, o desempenho também é menor na comparação com a tecnologia SLC, afinal, obtemos oito valores possíveis com três bits, razão pela qual há mais variedade de tensões: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 e 111.

Aqui, o principal benefício é mesmo o ganho de espaço de armazenamento, pois memórias TLC costumam ser mais lentas que chips MLC que, por sua vez, têm menos desempenho que a tecnologia SLC.

Mesmo assim, memórias TLC e MLC são mais rápidas que os HDs, razão pela qual o seu uso é viável na maioria das aplicações: em muitas situações, não compensa ter um SSD bastante rápido, mas que não oferece capacidade de armazenamento suficiente.

Além disso, tecnologias complementares podem servir de compensação, fazendo SSDs com TLC NAND atingirem velocidades interessantes.

Quad Level Cell (QLC)

Se você pensa que chips QLC vão seguir a lógica e armazenar quatro bits por célula, pensou certo. O QLC NAND foi desenvolvido para aumentar ainda mais a densidade dos chips de armazenamento - tem-se mais dados sem aumentar as dimensões físicas do componente.

É uma vantagem interessante, mas é prudente não esperar que o QLC NAND domine o mercado: se por um lado é possível armazenar mais dados, por outro, estima-se que chips do tipo suportem apenas mil operações de leitura e escrita por célula.

Por essa razão, SSDs com chips QLC costumam ser direcionados apenas a aplicações muito específicas.

Penta Level Cell (PLC)

Em setembro de 2019, Intel e Toshiba anunciaram, quase ao mesmo tempo, a tecnologia PLC NAND. Um chip do tipo pode armazenar até cinco bits por célula. O efeito é esse mesmo que você está pensando: SSDs com ainda mais capacidade de armazenamento de dados.

O problema é que, ao trabalhar com cinco bits por célula, chips PLC NAND podem apresentar menos desempenho que unidades baseadas nas tecnologias QLC, TLC, MLC e SLC. Além disso, o tempo de vida útil de SSDs com PLC tende a ser menor na comparação com modelos baseados nesses padrões.

Como a tecnologia PLC está em desenvolvimento, ainda não há informação sobre taxas máximas de leitura ou gravação de dados, tampouco sobre durabilidade.

3D NAND (V-NAND)

Os esforços da indústria para aumentar a capacidade de armazenamento dos SSDs não pararam por aí. As principais empresas do setor estão empregando em seus produtos mais sofisticados uma técnica batizada como 3D NAND. Esse '3D' na denominação é uma referência ao empilhamento de células de memória.

Para facilitar a compreensão, imagine que um SSD é um depósito cheio de caixas. Cada caixa armazena informações. Porém, essas caixas ficam lado a lado, ocupando todo o chão e assim, formando um plano bidimensional (2D).

Como o depósito ficou cheio, alguém teve a ideia de colocar uma caixa em cima da outra, formando pilhas e mais pilhas de caixas, ou seja, um plano tridimensional (3D). Veja que, com essa abordagem, a capacidade de armazenamento aumentou, mas o depósito permaneceu com o mesmo tamanho.

Esse é mais ou menos o princípio do 3D NAND: em vez de termos apenas uma camada horizontal de células de memória no chip, temos várias, formando uma pilha.

A indústria começou criando pilhas com 24 camadas, mas logo passou para 32. Só para citar um exemplo, em 2015, a Intel apresentou um chip MLC com 32 camadas cuja capacidade era de 256 gigabits (ou seja, 32 gigabytes - GB). Outro chip de 32 camadas da empresa usava tecnologia TLC e, portanto, oferecia 384 gigabits (48 GB). Se juntar oito desses chips MLC, você passa a ter um SSD de 256 GB, consequentemente (ou, com chips TLC, 384 GB).

Em 2016, a indústria começou a investir em chips com 48 e 64 camadas. A Western Digital, por exemplo, anunciou nesse mesmo ano um chip MLC que, por ter 64 camadas, podia armazenar 512 gigabits de dados. Em 2017, chips com 96 camadas começaram a surgir.

Isso tudo, cabe destacar, é feito sem afetar o tamanho físico do dispositivo. O aumento do número de camadas é possível graças a modificações nas técnicas de fabricação e ao uso de determinados materiais.

A Samsung é uma das companhias que usam empilhamento, mas com base em uma tecnologia chamada Charge Trap Flash (em geral, os demais fabricantes trabalham com a técnica FGMOS - Floating-Gate MOSFET). Em vez de 3D NAND, a companhia utiliza o nome V-NAND (Vertical NAND).

3D XPoint

Em meados de 2015, Intel e Micron anunciaram o 3D XPoint, novo tipo de memória não-volátil que promete ser até mil vezes mais rápido do que memórias Flash NAND convencionais. Sim, mil vezes!

Memórias 3D XPoint também são mais densas, ou seja, suportam mais células de memória. Consequentemente, também podem armazenar muito mais dados - até dez vezes mais. Como se não bastasse, a tecnologia empregada em sua construção faz o 3D XPoint ser até mil vezes mais resistente.

Mas essas são estimativas teóricas. Em 2016 e no início de 2017, os primeiros SSDs com 3D XPoint testados foram até quatro vezes mais rápidos em operações de escrita e três vezes mais resistentes que unidades com Flash NAND.

Talvez as expectativas melhorem com o aprimoramento da tecnologia, mas, nos primeiros anos de mercado, Intel e Micron esperam que o 3D XPoint alcance até dez vezes mais velocidade, três vezes mais resistência e até quatro vezes mais capacidade de armazenamento.

Mesmo assim, é um avanço significativo, não? Todas essas vantagens são possíveis porque o 3D XPoint também é baseado em uma técnica de camadas (como o '3D' indica). Só que as células são posicionadas em interseções das linhas de cada camada de uma forma que elas ficam muito próximas. Juntando isso ao fato de não ser necessário o uso de transístores (ao contrário da memória NAND), a densidade acaba sendo muito mais elevada.

Basicamente, é isso que permite que as memórias 3D XPoint armazenem mais dados e ofereçam mais velocidade na transferência de dados. O modelo de construção facilita o acesso a pequenos blocos de memória (enquanto o Flash NAND, via de regra, trabalha com blocos maiores), agilizando os processos de escrita e leitura.

Não há previsão para que as memórias 3D XPoint substituam a memória Flash. Por ora, a tecnologia atende apenas a nichos de mercado. A Intel, por exemplo, a emprega na linha de produtos Optane.

Formatos e interfaces: M.2, SATAe, NVMe e mais

Pela abordagem que fizemos até agora, podemos entender qualquer dispositivo que utiliza memória Flash como sendo uma unidade SSD. Mas, na verdade, é mais adequado pensarmos em SSD como um tipo de dispositivo concorrente ao disco rígido - não podemos esquecer da palavra "Drive" no nome.

Seguindo essa linha de pensamento, a indústria começou a fornecer unidades SSD como se fossem HDs, só que com chips de memória em vez de discos. Assim, esses dispositivos podem ser conectados em interfaces SATA, por exemplo. Podemos então encontrar unidades SSD em formatos de 1,8, 2,5 e 3,5 polegadas, tal como HDs.

Unidade SSD de 2,5 polegadas e interface SATA da Micron

O problema é que, mesmo a versão mais rápida do SATA (SATA III), que atinge taxas de transferência de dados de até 6 Gb/s (gigabits por segundo), pode ser insuficiente para atender a determinados SSDs: muitos modelos, especialmente aqueles direcionados a computadores de alto desempenho (como os que são usados por gamers), podem trabalhar com velocidades superiores que a do barramento SATA III.

SATA Express

Para lidar com essa limitação, a indústria tem recorrido a algumas alternativas, entre elas, o SATA Express (também conhecido como SATAe). O nome é uma referência à junção de duas tecnologias: SATA e PCI Express.

A tecnologia PCI Express é bastante comum nos computadores (provavelmente, a sua placa de vídeo usa esse padrão) e oferece velocidades elevadas na transferência de dados. Por que não aproveitar todo esse potencial com SSDs?

O conector SATA Express combina dois plugues SATA convencionais com um terceiro que é usado para alimentação elétrica. O interessante dessa abordagem é que, se um slot SATAe não estiver em uso na placa-mãe, ele pode ser usado para conectar até dois dispositivos via SATA "normal".

Teoricamente, o SATA Express pode atingir taxas de transferência de dados de até 16 Gb/s.

PCI Express

Se o PCI Express (PCIe) é bastante rápido, não seria conveniente contarmos com SSDs baseados inteiramente nessa tecnologia? Sim! Essas unidades existem, na verdade. Alguns modelos chegam a ter taxas de leitura de dados de até 2.400 MB/s. A velocidade de gravação normalmente não passa da metade da taxa de leitura, mesmo assim, permanece sendo alta.

Tamanho desempenho pesa no bolso. SSDs PCI Express geralmente são muito caros, razão pela qual costumam ser utilizados apenas em aplicações de alto desempenho.

M.2

O M.2 (outrora conhecido pela sigla NGFF - Next Generation Form Factor) é uma especificação que pode trabalhar tanto com SATA III quanto com PCI Express. O padrão consegue propiciar velocidades bastante elevadas, portanto: até 32 Gb/s com uso de quatro linhas de PCI Express 3.0, a versão mais rápida atualmente (embora ainda não haja SSDs que atinjam essa velocidade).

Outra vantagem do M.2 é a sua flexibilidade de formatos, o que tem feito esse padrão ser usado tanto em laptops bastante finos quanto em desktops. Temos tamanhos que vão de 16 mm a 110 mm de largura, e 30 mm até 110 mm de comprimento.

Com o M.2, o SSD acaba assumindo o formato de placa. A opção de 22 mm de largura é a mais comum. Os modelos menores, obviamente, são mais indicados para dispositivos compactos como notebooks ultrafinos.

Eis um resumo dos vários formatos M.2 mais comuns e seus respectivos tamanhos:

Para saber mais sobre o assunto, confira o artigo que explica o que é M.2.

NVMe

O NVMe ( Non-Volatile Memory Express) não é um padrão de conexão que concorre com o SATA Express ou o M.2, mas uma espécie de protocolo que otimiza o tempo de acesso aos dados, no sentido de uniformar a comunicação entre o controlador e os componentes de armazenamento em si.

Na tecnologia SATA, há uma especificação chamada AHCI que responde por essa tarefa. O problema é que o AHCI é mais adequado a HDs, ou seja, ao modo de trabalho que considera acesso a dados em posições diferentes nos discos da unidade.

Não existindo discos nos SSDs, o NVMe foi desenvolvido para explorar o potencial que não pode ser alcançado com o AHCI. O que o NVMe faz é multiplicar em muitas vezes a capacidade da unidade de receber simultaneamente comandos de leitura e escrita. Assim, há menos latência (tempo que o dado leva para ser acessado e lido) e a obtenção dos dados acaba sendo mais rápida.

Com latência menor, as cargas de trabalho também são executadas mais rapidamente, permitindo que os SSDs passem mais tempo inativos. Desse modo, há economia de energia e até aumento da vida útil da unidade.

A especificação NVMe não se limita a uma única tecnologia de conexão: é possível usá-la com unidades baseadas em PCI Express e M.2, por exemplo.

U.2

Uma limitação importante do PCI Express e do M.2 é que esses padrões exigem conexão direta do SSD em slots. Se você quiser conectar o SSD ao computador por meio de um cabo, vai ter que utilizar outro padrão, como o SATA Express. Só que aí não será possível tirar proveito da especificação NVMe. Foi por isso que a indústria criou outro padrão de conexão (pois é, mais um), o U.2 (por algum tempo chamado de SFF-8639).

O U.2 permite conexão via cabo e, ao mesmo tempo, suporta o PCI Express 3.0, além do NVMe, é claro. O problema então está resolvido, exceto, talvez, por um pequeno detalhe: cabos U.2 podem ser bem caros.

Os nanômetros de um SSD

A gente já falou em arquitetura 3D, tecnologias como MLC e TLC e outros aspectos que contribuem para o aumento da capacidade de armazenamento de dados dos SSDs. Mas falta um: a miniaturização dos chips.

O propósito aqui, essencialmente, é deixar os transístores que compõem o chip com o menor tamanho possível, assim, o componente pode armazenar mais dados sem, no entanto, ter o seu tamanho físico aumentado. Esse aspecto é medido em nanômetros (nm), medida que equivale a um milionésimo de milímetro, isto é, a um milímetro dividido por um milhão.

Encontramos no mercado unidades com chips de 34 nm, 25 nm e 20 nm, por exemplo. Atualmente, também é possível encontrar SSDs mais sofisticados com chips com 15 nm e 10 nm. Na época da última atualização deste texto, já se falava em opções com 7 nm.

Não deve ir muito além disso, porém. A miniaturização não é um processo fácil porque, além dos custos envolvidos, pode levar a problemas como instabilidade e incremento nas taxas de erros de leitura. É por essa razão que a indústria estuda tecnologias alternativas, como a já mencionada memória 3D XPoint.

TRIM

Quando o assunto é SSD, especialmente quando nos referimos às unidades mais recentes, convém prestar atenção em uma característica que vem ganhando cada mais destaque: o recurso TRIM. Ele é extremamente importante. Vamos entender o porquê.

Em geral, quando você apaga um arquivo, ele não é completamente eliminado do sistema operacional. Na verdade, a área ocupada por ele é marcada como "livre para uso" e os dados ficam ali de maneira oculta ao sistema até que uma nova gravação ocorra. É por isso que muitos programas de recuperação de arquivos apagados conseguem ter sucesso nessa tarefa.

Nos HDs, o espaço disponível para dados pode ser gravado e regravado sem grandes dificuldades. Isso é possível porque, nos discos rígidos, os dados são agrupados em setores de 512 bytes (saiba mais sobre isso nesta matéria sobre HDs), onde cada setor pode ser gravado e regravado de maneira independente.

No SSD, esse processo é um pouco diferente. Na memória Flash, os dados são agrupados em blocos, geralmente de 512 KB, sendo que cada grupo é composto por várias divisões chamadas páginas. Cada uma delas tem, usualmente, 4 KB.

O problema é que esse blocos de dados não podem simplesmente ser gravados e, posteriormente, regravados com a mesma facilidade existente nos HDs. Para isso, é necessário primeiro apagar os dados de uma área gravada, fazendo-a retornar ao estado original, para somente então inserir os dados novos.

A questão se agrava pelo fato de que, geralmente, esse processo precisar abranger o bloco inteiro e não apenas determinadas páginas deste. Você já deve ter percebido que essa situação pode causar uma significativa perda de desempenho.

Uma das maneiras de lidar com isso é fazer o sistema operacional sempre utilizar uma área livre do SSD. Mas essa é uma solução paliativa. Mais cedo ou mais tarde, os blocos não utilizados serão todos preenchidos. O TRIM surge justamente para evitar que o usuário "entre em pânico" ao perceber que sua unidade SSD está "sobrescrevendo" dados e, consequentemente, ficando mais lenta.

Com o TRIM, o sistema operacional é instruído a fazer uma verificação para "zerar" as páginas de arquivos apagados, em vez de simplesmente marcá-las como "disponível para uso", como acontece nos HDs. Assim, quando os blocos que passarem por esse processo tiverem que receber novos dados, já estarão preparados para isso, como se nada nunca tivesse sido gravado ali.

É por isso que o TRIM é tão importante. A sua função é capaz de evitar sérios problemas de desempenho. Devo dizer que, para funcionar, esse recurso tem que ser suportado tanto pelo sistema operacional quanto pela unidade SSD. É o caso do Windows 10 e das versões mais recentes do Linux, por exemplo.

IOPS e outras características para escolher um SSD

Ao escolher uma unidade SSD, é sempre importante verificar as especificações do dispositivo. Uma delas está ligada ao aspecto do desempenho. Quantos megabytes podem ser lidos por segundo? Quantos podem ser gravados nesse mesmo tempo?

Esses parâmetros podem variar bastante de um produto para outro. É comum, por exemplo, encontrar unidades SSD formadas por um conjunto de dez chips de memória Flash. O controlador do dispositivo (abordado mais à frente) pode dividir determinado arquivo em 10 partes para que estas sejam gravadas simultaneamente na unidade, tornando o processo de gravação como um todo mais rápido, por exemplo.

Porém, recursos a mais ou a menos podem melhorar ou piorar esse processo. Daí a importância de se verificar esses detalhes. Felizmente, é praticamente regra entre os fabricantes informar a quantidade de dados que podem ser gravados e lidos por segundo.

Outro parâmetro que também pode ser observado é o IOPS ( Input/Output Operations Per Second), que indica a quantidade estimada de operações de entrada e saída por segundo, tanto para leitura quanto para escrita de dados. Quanto maiores esses números, melhor.

Quanto à capacidade de armazenamento, os SSDs costumam levar a pior na comparação com os HDs. Por isso, não é raro encontrar notebooks que oferecem SSD de 240 GB complementado com um HD de 1 TB, por exemplo. O ideal aqui é avaliar com cuidado quanto espaço você precisa. Unidades com muita capacidade de armazenamento são muito caras e podem, portanto, não oferecer boa relação custo-benefício. O mínimo, para os padrões atuais, é um SSD de 120 GB.

Observe também as tecnologias suportadas pelo seu computador. Não compre um SSD M.2, por exemplo, antes de ter certeza que a placa-mãe do seu desktop ou laptop é compatível com esse formato.

Pode ser que você tenha mais de um padrão suportado pela máquina, por exemplo, SATA e U.2. O U.2 é mais rápido, porém, custa mais. É necessário então mensurar se o ganho de desempenho compensa o investimento mais elevado ou se uma unidade SATA é suficiente para atender ao que você precisa.

Por fim, vale a pena checar qual o tempo médio de durabilidade previsto pelo fabricante e se a unidade conta com recursos adicionais, como buffer, o já mencionado TRIM, a tecnologia de monitoramento S.M.A.R.T. (amplamente utilizada com HDs) ou até mesmo RoHS ( Restriction of Certain Hazardous Substances), que indica que o fabricante não utilizou determinadas substâncias prejudiciais à saúde e ao meio ambiente na fabricação do produto.

Controlador do SSD

Assim como os HDs, SSDs também têm controladores. Cabe ao controlador- uma espécie de processador - intermediar a troca de dados entre o computador e a memória Flash, gerenciar as operações de leitura e escrita, detectar e corrigir erros, entre outras tarefas.

Como os controladores dos SSDs precisam lidar com grandes volumes dados, eles contam com recursos que permitem ou facilitam esse trabalho, como memórias dedicadas que funcionam como cache e algoritmos de compressão de dados que tornam as operações mais rápidas ou prolongam a vida útil da unidade.

A ausência ou a implementação de determinados recursos nos controladores varia de fabricante para fabricante e de um modelo de SSD para outro. As empresas não costumam divulgar muitos detalhes sobre o funcionamento desses chips para proteger suas tecnologias, razão pela qual não é possível explorar o assunto com profundidade.

História: o primeiro SSD do mercado

Os dispositivos SSD começaram a aparecer de maneira massiva no mercado a partir de 2006, mas pode-se dizer que a tecnologia em si surgiu muito antes, embora não com o mesmo nome.

Em 1976, uma companhia de nome Dataram colocou no mercado um dispositivo de armazenamento de dados de nome Bulk Core (link em PDF) que era composto por oito módulos de um tipo de memória não-volátil com a incrível (para a época) capacidade de 256 KB cada um.

O Bulk Core "emulava" as unidades de disco utilizadas na época, com o diferencial de ser mais rápido que estas. O equipamento custava cerca de US$ 10 mil e era utilizado em centros de processamento de dados.

Em vista de suas características (uso de memória não volátil e maior velocidade de transferência de dados), o Bulk Core pode ser considerado o primeiro SSD do mercado.

Conclusão

Muita gente se pergunta se a tecnologia SSD sinaliza o fim da era dos discos rígidos. É difícil dizer. Em relação à capacidade de armazenamento, os HDs ainda apresentam excelente relação custo-benefício, sem contar que esses dispositivos contam com uma média de durabilidade bastante satisfatória.

Como os SSDs têm custo de armazenamento mais elevado e os HDs continuam sendo aperfeiçoados para ganhar mais capacidade e durabilidade, as duas categorias deverão conviver "pacificamente" por um longo tempo.

Saiba mais nos links que serviram de referência para este texto:
Publicado em 29_09_2010. Atualizado em 01_07_2020.
Autor: Emerson Alecrim
Graduado em ciência da computação, produz conteúdo sobre tecnologia desde 2001. É especializado em temas como TI, dispositivos móveis, internet e negócios.
Canais para contato (exceto dúvidas técnicas): Twitter * LinkedIn

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O que é SSD? Tudo sobre velocidade, tipos e tecnologias

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Os HDs passaram por evoluções espantosas nos últimos anos. No entanto, aplicações atuais exigem dispositivos de armazenamento ainda mais sofisticados, capazes de unir desempenho rápido, capacidade razoável de armazenamento, menor consumo de energia e durabilidade. As unidades - ou "discos" - SSD (Solid-State Drive) são a resposta para essa necessidade.

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A memória RAM (acrônimo para Random Access Memory, ou Memória de Acesso Aleatório) é uma peça essencial para os computadores, telefones e videogames, sendo a memória principal desses sistemas. Ela permite armazenar dados de maneira temporária e é responsável pela leitura e escrita veloz dos dados, enviando e recebendo-os do processador para que toda a máquina funcione em equilíbrio.

Inclusive, a memória RAM é uma peça física, que pode ser removida ou adicionada em certos dispositivos, garantindo acesso rápido a basicamente qualquer operação que façamos em um sistema.

Para entender mais sobre a memória RAM, seu funcionamento, características, tipos e particularidades, o Canaltech conversou com o Gerente de Tecnologia da Kingston Brasil, Iuri dos Santos.

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O que é memória RAM?

A RAM é uma memória volátil de armazenamento temporário. Esse componente foi criado para facilitar a troca de informações entre outras peças, principalmente com o processador. No mundo da computação, os processadores são considerados os "cérebros" de todo PC, e para que os principais dados fossem recebidos e devolvidos muito rapidamente, foi criado o cache.

O cache é uma memória super rápida, localizada na própria CPU. Esse armazenamento é dividido nos níveis L1, L2 e L3, no qual o primeiro é o mais rápido e de menor capacidade, e o L3 é com maior capacidade e menor velocidade. Seja como for, todo dado imprescindível para a CPU passa pelo cache, justamente por ele ser muito rápido.

Todavia, os processadores domésticos mais potentes possuem cerca de 128 MB de cache, enquanto os mais populares ficam na faixa de 20 a 30 MB. Em um PC atual, 128 MB para acessar dados complexos é muito pouco, certo? Imagine só há décadas, quando esses valores ainda estavam na base dos KB. Eis que surge a RAM.

Memória de acesso rápido

Em conversa exclusiva com o Canaltec h, o Gerente de Tecnologia da Kingston Brasil explicou que a RAM é o primeiro tipo de memória externa que está mais próxima ao processador. A memória mais rápida de todas é o cache, que está dentro da CPU, enquanto a RAM é a mais próxima fora dele. Para termos de comparação, um dado leva cerca de 1 nanosegundo (ns) para sair do cache L1 em direção ao processador. Para sair da CPU e chegar até a RAM, esse mesmo dado levaria 300 vezes mais tempo.

Assim, mesmo que seja considerada uma memória bem rápida na transferência de dados, ao nível de hardware ela ainda é lenta. Claro, para nós esse tempo de espera é ínfimo, bem inferior a um segundo, mas no mundo da computação é uma longa jornada. Dessa forma, quando falamos de peças separadas e "próximas" à CPU, a memória RAM é a primeira.

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Na prática, é como se estivéssemos em um supermercado fazendo compras. Imagine que suas mãos e braços são os níveis de cache, já que são a forma mais simples de você pegar algum item na prateleira e levar ao caixa, como uma lata de refrigerante. Com a lata na mão, você pode concluir sua compra bem rapidamente.

Agora, pense que você quer comprar itens para um café da manhã, como pães, biscoitos, leite, uma fruta, queijo, presunto e ovos. Com tanta coisa assim, é melhor pegar uma cestinha de mercado. Essa cestinha é a nossa RAM, que está um pouco mais distante do corpo, mas pode carregar mais produtos/dados. Todavia, você pode demorar um pouco mais para chegar até o caixa.

Tudo isso é bem diferente do armazenamento convencional, como os SSDs e HDs. Para se ter noção, esses dispositivos estão entre 150 mil a 3 milhões de vezes mais longe que o cache L1. Por mais que tenham muita capacidade, são bem lentos.

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RAM é memória temporária

Por ser chamada de memória, a RAM causa muita confusão quando também é definida como um componente volátil/temporário. Diferente de um Disco Rígido ou SSD, que armazena permanentemente as informações que você guarda, a Memória de Acesso Aleatório só mantém os dados das aplicações enquanto elas estão sendo executadas. Quando você fecha essa aplicação, a RAM apaga os dados.

Assim como aponta Iuri dos Santos, tudo feito nos computadores é realizado por meio de correntes elétricas e elétrons. Essa memória é volátil porque os elétrons são enviados para ela, mas o componente não tem a obrigação de armazená-los permanentemente. Os dados entram e saem em ciclos e sempre são apagados quando aquele determinado programa é fechado ou o computador desliga:

"É uma memória que se você tira a energia dela, se você desliga, ela automaticamente zera tudo, porque os elétrons vão embora. Então é uma troca você ter uma memória de alta velocidade porque ela não mantém os dados caso não esteja operando. É diferente de um SSD, justamente mais lento por ter que manter aqueles dados por anos ali dentro daquele chip sem nenhum problema. Para fazer isso você tem um chip que é proporcionalmente mais lento do que o chip da memória RAM".

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Como é a memória RAM?

Já gastamos alguns bons parágrafos para explicar as características principais e o que é uma memória RAM, mas como essa Random Access Memory se parece? O formato físico do componente varia conforme o dispositivo, mas aqui focaremos em notebooks e computadores de mesa.

A RAM tem o visual de um plaquinha retangular fina e alongada. A construção básica de toda memória é uma placa de circuito impressa verde, com diversos chips quadrados espalhados pelo corpo, e uma borda inferior dourada cheio de conectores, também chamados de pinos.

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Nos desktops, a peça é mais comprimida e pode ter dissipadores de calor, ou seja, uma estrutura metálica que ajuda a reduzir o aquecimento. Já nos notebooks, as placas são menores, pois há menos espaço interno nesses aparelhos para colocar um componente muito grande.

Como funciona a memória RAM?

Responsável pelo armazenamento rápido de dados e a comunicação com o processador, a memória RAM é usada a todo momento. Quando ligamos o computador, uma corrente elétrica energiza todos os componentes por meio da fonte e a CPU é quem inicia primeiro, enviando um sinal para a BIOS. A BIOS, localizada na placa-mãe, mapeia e testa todas as peças para entender se aquele PC pode funcionar corretamente.

Após essa etapa, a BIOS inicia o processo de boot do sistema, localizando que o sistema operacional, como o Windows ou Linux, está no armazenamento (HD ou SSD).

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Feito isso, a BIOS começa a carregar partes do sistema operacional na memória RAM. Enquanto são carregados na Random Access Memory, esses dados são enviados diretamente para o processador realizar todo cálculo lógico dos processos existentes no sistema.

Perceba que a memória RAM desempenha o papel de condutora de dados e está em comunicação direta com a CPU. Todo programa, seja o sistema operacional ou o navegador que você usa na internet, é total ou parcialmente carregado na memória RAM para ser "digerido" e particionado em instruções que serão enviadas para o processador.

"Assim que se inicia o sistema operacional, ele começa a carregar os programas que estão ali previstos, tudo isso vai sendo salvo na memória RAM. Os arquivos, os programas que normalmente você abre inicialmente também já são pré-carregados para a memória RAM, e assim a gente vai operando. Abre um programa, ele é carregado, e a memória começa a encher, descarregando algumas coisas que são pré-carregadas e não estão em uso, e assim vai fazendo esse equilíbrio", ressalta o Gerente de Tecnologia da Kingston Brasil.

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E quando falta memória RAM?

Vendida normalmente em pentes de 8 a 32 GB no mercado, o volume de aplicações usadas no computador pode exceder a capacidade da memória RAM. Sabe quando você tem múltiplas abas abertas do navegador, planilhas, PDFs, documentos, software de videoconferência e o computador começa a travar? Esse pode ser um indicativo de há memória RAM insuficiente no seu PC.

O especialista da Kingston aponta que nos casos em que a quantidade de aplicações supera a própria memória RAM, o sistema precisa encontrar um plano de emergência e cria uma memória virtual. Essa memória virtual é um pedaço do armazenamento (HD/SSD), que existe para a CPU receber algum tipo de dados, mesmo que de maneira muito lenta.

"É por isso que o computador, quando está com a memória cheia, fica lento do nada, porque parte da memória que está sendo processada está vindo de uma memória mais lenta [memória virtual do armazenamento]", explica Iuri dos Santos.

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O barramento

Assim como os demais componentes de um PC, a memória RAM é complexa. Para essa peça enviar os dados até o processador, primeiro é preciso que ela se conecte a ele de alguma forma. Quando encaixa na placa-mãe, os pentes de memória RAM devem ser inseridos em slots (encaixes/espaços) próprios, que possuem vários corredores elétricos para fazer a energia ser transmitida pela máquina.

Esses corredores são os canais de comunicação, e nesses canais há o barramento em bits. Via de regra, um módulo/pente de memória RAM trabalha com 64-bit. Isso significa que, caso o usuário insira dois módulos de memória, ele terá 128-bit e assim sucessivamente. Em outras palavras, quanto maior esse número de bits, mais dados a memória RAM pode passar para o processador e vice-versa, e, consequentemente, mais desempenho aquele PC terá.

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Canais de comunicação

O barramento não é algo que comumente vemos na hora de comprar pentes de memória RAM, mas é uma informação importante. Quando apenas um pente de memória está inserido em um slot da placa-mãe, chamamos essa técnica de single-channel (Canal único). Quando inserimos dois pentes em dois canais, é chamado de dual-channel, e por aí vai.

Por isso, sempre que recomendamos um computador gamer ou para profissionais, a indicação é investir em dual-channel. Isso significa que ao invés de você comprar um único pente de 16 GB e ter o single-channel de 64-bit, é melhor comprar dois pentes de 8 GB para totalizar 128-bit e ter mais velocidade.

Todavia, para toda regra há uma exceção. Por mais que mais canais teoricamente signifiquem mais performance, isso nem sempre é verdade. As memórias RAM comumente possuem 8 chips na lateral e cada um desses chips possui 8-bits, totalizando os 64-bits que já falamos. O problema é que certas memórias usam 16 chips de 8-bits, totalizando 128-bits.

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O problema, nas palavras de Iuri dos Santos, é que quando fazemos o dual-channel ou quad-channel (Quatro canais) em situações com muitos bits, o sistema começa a criar etapas de carregamento que ou vão dar saltos de desempenho muito pequenos, ou não vão mudar em nada.

Memórias single-rank e dual-rank

Por questões de didática, é interessante explicar a relação entre bits e ranks na memória RAM. Segundo Iuri, um rank é "a capacidade da memória em receber e enviar os 64-bits completos por meio daqueles 8 chips de 8-bits". Quando há 16 chips de 8-bits, significa que é uma memória dual-rank, enquanto 8 chips de 8-bits é single-rank.

"O rank é basicamente uma relação não só de contagem de chips, porque o chip pode variar no número de bits, como também é uma contagem de módulos virtuais dentro de um módulo de memória", ressalta dos Santos.

Frequências

Característica mais popular na memória RAM, a frequência, ou clock em inglês, se refere a quantos ciclos por segundo aquela memória recebe e envia dados. O gerente da Kingston Brasil exemplifica usando as memórias de 3.200 MHz, revelando que esse termo é igual a "3.200,000 ciclos a cada segundo em um canal de 64-bits".

Em outras palavras, é válido dizer que a frequência da RAM está relacionada com a velocidade ou taxa na qual os dados podem ser escritos e lidos. Quanto maior esse número, teoricamente maior a performance. A frequência é medida em Megahertz (MHz) ou Megatransfers (MT/s) - algo que explicamos com mais calma em outro artigo.

No padrão DDR4, já "ultrapassado" e ainda amplamente utilizado, a frequência comum é entre 3.200 MHz e 3.600 MHz. Já no atual e novo DDR5, esses clocks sobem para 4.800 MT/s e já estão aparecendo em uma média de 6.000 MT/s, mas podem bater 8.400 MT/s. Aliás, por fins de comodidade, usaremos o termo MHz quando falarmos em DDR4 e MT/s quando o assunto for o DDR5.

A questão é que o nível do aumento da frequência não é linear em termos de desempenho em certas execuções. Como explica Iuri, você pode ter uma memória DDR5 de 4.200 MT/s e pagar 50% mais caro para comprar uma nova memória de 8.400 MT/s. O fato da frequência ter dobrado, não significa que a sua performance dobrará também.

Certamente, frequências maiores podem trazer muito mais estabilidade em jogos, mantendo taxas de FPS mais altas, assim como dar mais fluidez em operações profissionais. Contudo, saiba que pagar caro apenas para ter MHz ou MT/s a mais não significa receber resultados sempre melhores.

Latência

Em todo processo, seja para enviar um e-mail ou fazer compras, há um tempo de espera entre o pensamento e a ação. A latência é exatamente esse período entre o comando para uma dada ação até ela ser executada de fato. Na etapa de funcionamento da memória RAM, a latência corresponde ao tempo que a memória leva para executar um comando.

Na memória RAM, esse termo também é chamado de CL (CAS Latency) e indica quantos ciclos de frequência a memória precisa realizar para acessar um conjunto de dados. Por exemplo, uma memória DDR4 de 3.200 MHz e CL18 faz 18 ciclos de 3.200,00 megahertz por segundo. Na teoria, quanto menor a latência, melhor.

Na prática, encontramos algumas divergências, como conta o Gerente de Tecnologia da Kingston. Se pegarmos uma memória DDR5 de 6.800 MT/s em CL40 e compararmos com uma DDR4 de 3.200 MHz em CL20, é lógico pensar que a memória de menor latência é melhor, certo? Na verdade, não. Por mais que aquele pente DDR5 tenha latência CL40, ele é capaz de fazer 6.800,00 mega transferências por segundo, ou seja, mais do que o dobro em relação ao DDR4.

Inclusive, memórias de mesma frequência podem ter latências diferentes. Não é incomum ver dois pentes de 2.666 MHz de marcas diferentes e CL distintas, como CL14 e CL16, dependendo da marca. Seja como for, a latência é importante, mas não é o único parâmetro de velocidade.

O que é o DDR da memória RAM?

Tópico de confusão, o DDR é um acrônimo para Double Data Rate, ou seja, o Dobro da Taxa de Dados. Lançado no ano 2000, essa nomenclatura revolucionou o mundo da informática, pois trouxe uma nova forma de interpretar os ciclos.

No passado, havia o SDR (Single Data RAM). Nele, durante a troca de dados com o processador, as informações eram recebidas na subida da onda e só então devolvidas nas outra subida da onda. Isso fazia com que a troca de dados fosse mais lenta, já que demorava todo esse processo da onda subir para receber os dados, descer, e subir novamente para enviar os dados.

Iuri dos Santos explica que o DDR "criou a possibilidade de você ler os dados na subida dessa onda e devolver na descida, ou o contrário, trocando dados em todos os momentos, seja na ascensão ou na descida", explica o especialista. Então, a verdade é que uma memória de 3.200 MHz (ou MT/s) tem apenas 1.600 MHz, mas o DDR e a possibilidade de receber e devolver informações na subida e descida dobra o número para 3.200 MHz, da mesma forma como acontece com outras frequências.

Com a evolução tecnológica, o DDR passou para o DDR2, DDR3, DDR4 até chegar no atual DDR5. Cada uma dessas gerações trouxe aumentos de frequências e novos recursos, além da diferenciação de pinos. Aliás, o DDR não é retrocompatível, ou seja, não é possível encaixar um pente DDR3 em um slot DDR4 ou vice-versa.

Quais são os tipos de memória RAM?

Além do tradicional modelo DDR, a indústria criou outros tipos de memória ao longo dos anos.

São eles:

DRAM (Dynamic Random Access Memory): É o tipo de RAM mais usada em computadores, pois armazena cada dado em capacitores separados em uma placa de circuito integrado.

SRAM (Static Random Access Memory): É mais rápida que a DRAM, já que armazena os dados em um circuito flip-flop, permitindo as informações fiquem estaticamente guardadas;

SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory): Trabalha de maneira sincronizada com a frequência do sistema, permitindo uma operação mais estável. Não são mais usadas como memória principal do sistema;

VRAM (Video Random Access Memory): Estrutura presente em placas de vídeo dedicadas para armazenar informações relacionadas com a geração de imagens.

Quanto de RAM preciso no meu PC?

Atualmente, boa parte dos computadores de mesa e notebooks chegam com 8 GB de memória RAM, um valor bem interessante para tarefas mais básicas, como estudantes ou profissionais que não fazem uso intenso da máquina. No entanto, como aponta o Gerente de Tecnologia da Kingston Brasil, os computadores têm ficado cada vez mais exigentes, principalmente com a chegada de recursos de IA já integrados.

Dessa forma, investir em 16 GB - preferencialmente em dois pentes de 8 GB - pode ser sinônimo de muito mais estabilidade e longevidade para a maioria dos usuários. Inclusive, esse é o pontapé inicial para o público que quer montar uma máquina gamer ou está iniciando em certas áreas profissionais, como edição audiovisual. Para Iuri, no entanto, a era dos 32 GB já chegou, mas não custa nada pensar em mais capacidade:

"Eu sou heavy user [...] no meu dia a dia, 32 GB às vezes chega a ser um pouquinho problemático. Então eu preciso de 64 GB, talvez 48 GB com dois módulos de 24. Quando trabalho com apenas 32 GB tenho que abrir mão de algumas coisas".

Existe diferença entre memória RAM de notebook e PC?

Com exceção do formato físico, a memória RAM desempenha o mesmo papel, seja no computador de mesa ou em notebooks. A diferença, como já foi comentado, é que a memória de desktop é alongada, enquanto a dos laptops possui o tamanho reduzido para caber no interior desses aparelhos compactos.

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A Random Access Memory é uma memória temporária que realiza a comunicação com o processador. Saiba mais sobre esse componente essencial para os PCs

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Memórias: quais os tipos e para que servem

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Memórias: quais os tipos e para que servem

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Armazene temporariamente informações sobre a história das memórias que são essenciais para o funcionamento dos PCs.

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ASML: processadores poderão ter 300 bilhões de transistores até 2030

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Fabricante de tecnologias para indústria de semicondutores prevê grandes inovações

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A descoberta de duas falhas de segurança por especialistas do Google Project Zero afetam processadores da Intel, mas as brechas também podem ser exploradas em dispositivos com chips da AMD ou com design ARM. Batizadas de Meltdown e Spectre, as vulnerabilidades têm suas particularidades, mas ambas permitem que hackers usem recursos do sistema operacional para ler espaços protegidos de memória.

Com isso, em casos mais graves, dados e informações pessoais de usuários podem ficar acessíveis. Abaixo, você fica por dentro dos problemas, seus impactos, correções e possíveis consequências.

Acadêmicos e especialistas do Project Zero do Google foram os responsáveis pela descoberta dos problemas que receberam os nomes de Meltdown e Spectre. As descobertas foram divulgadas para fabricantes e desenvolvedores de sistemas operacionais ainda em junho e julho de 2017. De lá para cá, um intenso período de desenvolvimento de soluções concentrou os esforços da indústria de semicondutores e de software. As atualizações estavam previstas para chegar em breve, bem como a divulgação da descoberta. No entanto, a divulgação do problema na imprensa acabou frustrando o plano.

As primeiras informações sobre falha, batizada de Meltdown, afirmam que apenas unidades da Intel da última década são afetadas, deixando de lado os produtos da AMD. Na última quarta (4), a Intel se defendeu das acusações de que somente seus produtos apresentam problemas. Segundo a fabricante, a exploração da brecha não teria a capacidade de corromper ou apagar dados. Além disso, a Intel sugere que outros fabricantes de processadores também apresentam produtos com os mesmos erros.

Embora a marca não tenha apontado o dedo para ninguém, há informações de que sistemas que usam processadores ARM terão de ser atualizados para corrigir a vulnerabilidade. Já a AMD se defendeu em comunicado oficial e não acredita que seus produtos estejam em risco.

Resumidamente, a brecha permite que um software malicioso peça ao processador da Intel para acessar dados protegidos da memória.Dessa forma, uma pessoa mal-intencionada poderia explorar essa via para visualizar blocos de informação e interceptar dados pessoais, como arquivos, dados bancários e até senhas.

O Meltdown atinge todos os processadores da Intel fabricados de 1995 em diante (com exceção dos Itanium). Produtos da AMD não são atingidos por essa vulnerabilidade em virtude de especificidades de design. Mais grave que a Spectre, a Meltdown foi classificada como uma ruptura "do isolamento mais fundamental que existe entre sistema operacional e aplicações", segundo o Google Project Zero.

Mais abstrata e complexa, a Spectre tem ramificações que podem colocar em risco qualquer processador, independente da marca, Intel ou AMD, ou do tipo de arquitetura, se é ARM ou x86. Por meio da vulnerabilidade, softwares maliciosos podem forçar um aplicativo comum a dar acesso a informações protegidas da memória.

Além disso, o problema expõe o próprio meio como sistemas operacionais trabalham com informações e memória há décadas. De acordo com especialistas, a Spectre é muito mais difícil de ser explorada por criminosos, mas também é mais complexa para ser reparada.

Por não se limitar à Intel, a falha tem ramificações que podem atingir smartphones e tablets - com versões de processadores ARM. As correções vão depender de atualizações de sistemas operacionais, mas também de redesenho de aplicações: o Google Chrome, por exemplo, já conta com uma ferramenta para proteger os usuários da Spectre.

De acordo com as conclusões do time de especialistas do Google, a Spectre tende a ser um problema a longo prazo devido ao design de sistemas operacionais.

A falha incide diretamente na relação do processador com o kernel. De uma forma superficial, o kernel é o componente central do sistema operacional. Sua função é negociar a interação que precisa existir entre software e hardware. Ele administra o funcionamento do processador, RAM e todos os outros componentes do seu computador. Numa definição simples, o kernel é o núcleo do sistema operacional.

Embora existam tipos diferentes de kernel, sua presença é um denominador comum. Windows, Linux, macOS, iPhone ( iOS), Android, Chrome OS: todos têm algum tipo de kernel que segue princípios básicos de funcionamento comuns.

Como a Intel mencionou, um malware que explore as brechas não poderá apagar os seus dados, ou sequestrar seu disco rígido. No entanto, softwares mal-intencionados podem interceptar informações sensíveis, como senhas e dados privados, caso as informações fiquem retidas pelo kernel na memória RAM do seu computador. Essa regra vale para as duas falhas: ambas permitem que um invasor veja dados protegidos na memória, mas não dá poderes para que esses dados sejam modificados em nenhuma forma.

No momento, é improvável que você encontre um vírus que possa tirar proveito dessas vulnerabilidades. Isso porque os detalhes intrínsecos do problema foram mantidos sob sigilo pelos envolvidos para prevenir uma epidemia. Entretanto, todo cuidado é pouco: evite executar arquivos e páginas de Internet suspeitas. Como a falha tende a ser entendida como uma requisição legítima para o kernel, seu antivírus pode não detectar o comportamento malicioso de um vírus.

A única forma de resolver o problema e corrigir o erro é atualizar o seu sistema operacional. Para isso, você deve aguardar os pacotes de atualização e ficar atento aos mecanismos de update.

Sabe-se que Windows (incluindo versões anteriores), Linux (e todas as suas distribuições) e macOS estão entre as plataformas que devem corrigir a relação entre kernel e memória para impedir que a falha se manifeste. Do lado das plataformas móveis, o Google afirma que aparelhos com as versões atualizadas dos pacotes de segurança do Android estão fora de perigo.

A Microsoft já liberou o patch que corrige o problema em computadores com o Windows 10. Basta realizar normalmente a atualização dos novos pacotes. A Apple também foi ágil e liberou o macOS 10.13.2 com as correções necessárias, em 6 de dezembro de 2017. No caso do Linux, desenvolvedores do mundo todo ainda trabalham em soluções e ainda não há informações sobre a liberação do kernel para o sistema. O Chrome OS recebeu a correção, também de forma discreta, no último dia 15.

Sim, mas a intensidade do impacto deve variar. Testes mostram que processadores a partir da arquitetura Haswell (ou quarta geração da Intel) em diante são menos afetados por conta de um recurso que filtra os processos em execução pelo sistema operacional. Chips mais antigos, por outro lado, terão performance mais comprometida. Outra variável é o perfil de uso da máquina: usuários domésticos tendem a notar um impacto menos pronunciado.

Alguns desenvolvedores estão usando as prévias do novo kernel do Linux, já com as correções aplicadas, para testar esse impacto. Em alguns casos, as perdas de desempenho atingem 30%, dependendo da aplicação. No momento, estima-se que os mais afetados serão aplicações como virtualização e outros tipos de uso computacionalmente exigentes, associados com o uso em datacenters.

No momento, ainda é incerto como correções para processadores da Intel, em função do bug Meltdown, impactarão nos chips da AMD.

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Falha de segurança em processadores: dez coisas que você precisa saber

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A descoberta de duas falhas de segurança por especialistas do Google Project Zero afetam processadores da Intel, mas as brechas também podem ser exploradas em dispositivos com chips da AMD ou com design ARM. Batizadas de Meltdown e Spectre, as vulnerabilidades têm suas particularidades, mas ambas permitem que hackers usem recursos do sistema operacional para ler espaços protegidos de memória.

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Como os Processadores Funcionam

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Introdução

Apesar de cada microprocessador ter seu próprio desenho interno, todos os microprocessadores compartilham do mesmo conceito básico - o qual explicaremos neste tutorial. Daremos uma olhada dentro da arquitetura de um processador genérico, para que assim você seja capaz de entender um pouco mais sobre os produtos da Intel e da AMD, bem como as diferenças entre eles.

O processador - que também é chamado de microprocessador, CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento) - é o encarregado de processar informações. Como ele vai processar as informações vai depender do programa. O programa pode ser uma planilha, um processador de textos ou um jogo: para o processador isso não faz a menor diferença, já que ele não entende o que o programa está realmente fazendo. Ele apenas obedece às ordens (chamadas comandos ou instruções) contidas no programa. Essas ordens podem ser para somar dois números ou para enviar uma informação para a placa de vídeo, por exemplo.

Quando você clica duas vezes em um ícone para rodar um programa, veja o que acontece:

1. O programa, que está armazenado no disco rígido, é transferido para a memória. Um programa é uma série de instruções para o processador.
2. O processador, usando um circuito chamado controlador de memória, carrega as informações do programa da memória RAM.
3. As informações, agora dentro do processador, são processadas.
4. O que acontece a seguir vai depender do programa. O processador pode continuar a carregar e executar o programa ou pode fazer alguma coisa com a informação processada, como mostrar algo na tela.

Figura 1: Como a informação armazenada é transferida para o processador.

No passado, o processador controlava a transferência de informações entre o disco rígido e a memória RAM. Como o disco rígido é mais lento que a memória RAM, isso deixava o sistema lento, já que o processador ficava ocupado até que todas as informações fossem transferidas do disco rígido para a memória RAM. Esse método é chamado PIO (Programmed Input/Output - Entrada/Saída Programada). Hoje em dia a transferência de informações entre o disco rígido e a memória RAM é feita sem o uso do processador, tornando, assim, o sistema mais rápido. Esse método é chamado bus mastering ou DMA (Direct Memory Access - Acesso Direto à Memória). Para simplificar nosso desenho, não colocamos o chip da ponte norte entre o disco rígido e a memória RAM na Figura 1, mas ele está lá. Caso deseje saber mais sobre esse assunto, nós já escrevemos um tutorial sobre isso.

Processadores da AMD baseados nos soquetes 754, 939 e 940 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Opteron e alguns modelos de Sempron) possuem controlador de memória embutido. Isso significa que para esses processadores a CPU acessa a memória RAM diretamente, sem usar o chip da ponte norte mostrado na Figura 1.

Para melhor compreender o papel do chipset em um computador, nós recomendamos a leitura do nosso tutorial Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Chipsets.

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Apesar de cada microprocessador ter seu próprio desenho interno, todos os microprocessadores compartilham do mesmo conceito básico - o qual explicaremos neste tutorial. Daremos uma olhada dentro da arquitetura de um processador genérico, para que assim você seja capaz de entender um pouco mais sobre os produtos da Intel e da AMD, bem como as diferenças entre eles.

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Microprocessadores! Conheça a história até aqui

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50 ANOS dos Microprocessadores! Conheça a história até aqui

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Os dispositivos se tornaram tão integrados em nossa vida diária, e em 50 anos acontece muita coisa