Os PCs são máquinas complexas, compostas por dezenas de componentes menores que trabalham em conjunto. Quem já lidou com hardware de PC conhece bem as especificações principais dos drives, como capacidade, velocidades de leitura e gravação, e as velocidades de rotação dos pratos nos discos rígidos. No entanto, existe uma característica menos conhecida e frequentemente ignorada que afeta a velocidade e o desempenho dos seus drives de armazenamento. Essa característica é chamada de memória de acesso aleatório (RAM) ou cache para discos rígidos (HDDs) e memória de acesso aleatório dinâmica para unidades de estado sólido (SSDs). Vamos dar uma olhada rápida no que são o HDD e o SSD cache e como funcionam.

O que é o Cache de Disco Rígido?

O cache do disco rígido é frequentemente conhecido como buffer do disco. Esse nome ajuda a esclarecer seu propósito. Ele funciona como um espaço de memória temporária enquanto o disco rígido lê e grava dados no armazenamento permanente dos pratos.

Você pode imaginar o cache de um disco rígido como uma RAM projetada especificamente para ele. Os discos rígidos possuem microcontroladores integrados que controlam e processam os dados que entram e saem, semelhante a uma CPU. A RAM do HDD trabalha em conjunto com o microcontrolador para armazenar dados enquanto estão sendo processados.

Além disso, o cache do disco rígido pode ser comparado ao buffering que acontece ao assistir conteúdo em streaming. Todos já enfrentamos a situação de assistir a um vídeo em uma conexão lenta. O reprodutor de vídeo espera antes ou durante a reprodução para coletar dados e continuar a exibição do vídeo de maneira mais suave. O cache do disco rígido permite que um HDD faça o mesmo ao ler e gravar dados.

Como Funciona o Cache do HDD?

Quando o HDD lê e grava dados, ele os extrai dos pratos. Muitas vezes, o HDD trabalha com os mesmos dados repetidamente, já que o usuário geralmente realiza uma ou duas tarefas ao mesmo tempo. O HDD armazena em seu cache os dados que você ou seus programas utilizam com mais frequência e mais recentemente, eliminando a necessidade de acessar os pratos toda vez que os dados são necessários. Essa ação aumenta o desempenho do disco.

HDDs: Lendo à Frente e Atrás

Normalmente, um disco rígido não apenas busca os dados que precisa. Ele também lê os dados ao seu redor. Os discos rígidos não são muito eficientes. Os pratos giratórios e as cabeças de leitura/gravação são limitados pelas partes móveis físicas, que são muito mais lentas do que os SSDs, que não têm componentes móveis. Portanto, os discos rígidos tentam compensar isso adivinhando.

Quando um usuário ou um programa solicita dados (isso me lembra Tron), o disco rígido lê esses dados e os dados ao redor do prato, armazenando tudo no buffer. Como é provável que os dados adjacentes sejam semelhantes, o disco assume que o usuário ou o processo também solicitará esses dados em breve.

HDDs: Equilibrando o Fluxo de Dados

Existem várias etapas para recuperar dados de um disco rígido. Cada uma delas leva tempo, e raramente elas se sincronizam. A transferência de dados do disco rígido via SATA geralmente é mais rápida do que o HDD pode ler e gravar dados nos pratos. O buffer do disco é frequentemente utilizado para equilibrar esse fluxo de dados e tornar o processo mais suave.

HDDs: Minimizar Tempos de Espera ao Gravar

Novamente, os discos rígidos são lentos. Eles são provavelmente a parte mais demorada de qualquer computador devido às suas partes móveis. Gravar dados normalmente é “doloroso” para o usuário.

HDDs: O Propósito do Cache

O cache do HDD (RAM) ajuda a acelerar o processo de gravação de dados, enganando virtualmente o restante do computador. Um disco rígido recebe dados em seu cache e começa a gravá-los. Em vez de esperar para gravar todos os dados nos pratos, o HDD sinaliza ao computador que já fez isso. O PC ou Mac pode continuar enviando mais dados ou passar para outras tarefas, acreditando que o processo está completo. De qualquer forma, isso permite que o computador avance para o próximo evento.

Entretanto, há uma desvantagem em armazenar dados em cache. Enquanto o disco rígido tenta cumprir sua promessa de gravar os dados, ele pode perdê-los. Se o computador for desligado repentinamente, todos os dados armazenados no cache desaparecerão. A RAM/cache é um armazenamento volátil.

Acelerando os HDDs

Uma maior RAM (cache) de HDD não significa que o desempenho do disco em tarefas únicas aumentará diretamente. Não é como se estivesse fazendo o disco se mover mais rápido. No entanto, ter um buffer de disco permite que um disco rígido multitarefa de forma muito mais eficiente, e provavelmente isso é algo que você precisa.

É raro que um disco realize apenas uma tarefa ou interaja com um único processo de cada vez. Os discos rígidos baseados em disco ainda são dispositivos de armazenamento bem conhecidos em PCs modernos. No entanto, os SSDs estão gradualmente substituindo esses HDDs. Mesmo em uma única tarefa, vários programas podem precisar acessar o armazenamento do disco ao mesmo tempo. Você pode estar trabalhando com dois ou mais arquivos, lidando com tarefas em segundo plano ou até recebendo atualizações.

Os servidores são outro ambiente onde ter um pouco de RAM em discos rígidos é crucial. Os HDDs de servidor sempre estarão realizando múltiplas tarefas. Pense em um banco de dados por trás de um site. Sempre que um usuário realiza uma ação que o site precisa armazenar ou registrar, o site acessa as informações e as grava no banco de dados. Cada vez que alguém visualiza o site, ele lê do banco de dados. Seria raro que os discos que armazenam esse banco de dados não estivessem realizando várias tarefas ao mesmo tempo.

O que é o Cache em SSDs?

Os SSDs não são tão lentos quanto os discos rígidos físicos, então eles também precisam de algum cache? Em resumo, sim, eles precisam. Enquanto a RAM em discos rígidos se comporta como a RAM em um PC ou unidade de processamento gráfico (GPU), o cache em unidades de estado sólido funciona como DRAM. É muito mais rápido e acompanha a velocidade dos SSDs.

Embora os SSDs sejam muito mais rápidos do que seus equivalentes baseados em disco, o cache ainda oferece benefícios. As unidades de estado sólido continuam a usá-lo para regular a entrada e saída de dados e fornecer acesso mais rápido para leitura e gravação. Enquanto isso, alguns SSDs não têm DRAM embutido. Isso economiza no consumo de energia, mas força os drives a compensar de outras maneiras.

Outro ponto a considerar é que os SSDs gravam em lotes, em vez de setores, então eles precisam carregar grupos de dados, adicionar dados do cache e, em seguida, colocá-los de volta antes de passar para o próximo grupo. É por isso que o cache DRAM é benéfico.

No geral, o cache é relevante, mesmo em SSDs. Embora não seja tão importante quanto as especificações principais do disco, você deve levá-lo em conta. Se o seu HDD estiver multitarefas ou funcionando continuamente, como em um servidor, para desenvolvimento ou até mesmo para jogos, procure tamanhos de RAM maiores. Você verá os maiores benefícios disso. Usuários domésticos que buscam um disco de armazenamento para uso ocasional não precisam se preocupar tanto com isso, embora várias abas em um navegador junto com um vídeo do YouTube e duas planilhas, enquanto recebem atualizações, possam desacelerar o sistema. Para os SSDs, a situação é um pouco mais complexa, mas ainda assim vale a pena considerar o DRAM em seu processo de decisão. Outros fatores podem facilmente ofuscar isso, no entanto.