INFO :: CARA KERJA FLASH DISK MENYIMPAN DATA USB

by ekobel13

Prinsip kerja USB (Universal Serial Bus)

Bus itu sendiri memiliki koneksi yang biasa disebut koneksi “host/slave“, yang artinya PC yang mengelola semua transfer dan periferal hanya dapat meresponnya. Sebuah pengontrol host USB pada PC–biasanya terintegrasi pada chipset motherboard generasi terbaru–mengatur semua pengiriman dan penerimaan data antara PC dan perangkat eksternal. Sebuah kabel berisi empat buah kawat menghubungkan periferal ke PC melalui port USB yang terdapat pada keduanya. Di dalam kabel tersebut, dua kawat akan menangani transmisi data, sebuah lagi menangani ground dan sebuah lagi memasok daya sebesar lima volt ke periferal.

Transfer data pada USB dikirim dalam bentuk paket, sementara port paralel dan serial mentransfernya dalam bentuk bit individual. Sebagai contoh, bila Anda ingin menyimpan sebuah file pada sebuah drive Zip USB, pertama-tama PC akan memotong-motong file tersebut menjadi potongan-potongan sebesar 64-byte–setiap potongan menyertakan informasi pengalamatan dan data itu sendiri–dan kemudian mengirimkan potongan tersebut ke port USB.

Pengertian flashdisk

Flash Memory adalah media penyimpanan yang berjenis “non-volatile” yang berarti tidak memerlukan power untuk menjaga keberadaan data. Flash Memori hampir sama dengan EEPROMC (Electrically Erasable Programmable ROM) Kapasitas memorinya pun beragam, mempunyai kemampuan transfer data untuk penulisan mencapai 88 Mbps sedangkan untuk pembacaan mencapai 5 Mbps. Para ilmuan membuatnya menjadi sistem penyimpan data portabel, mirip disket, maka sering disebut Flash Disk.

Flash Disk adalah media penyimpan dari floppy driveB jenis lain yang umumnya mempunyai kapasitas memori 128 MB s/d 64 GB, dengan menggunakan interface jenis USBC (Universal Serial Bus), sangat praktis dan ringan dengan ukuran berkisar 96 x 32 mm dan pada bagian belakang bentuknya agak menjurus keluar, digunakan untuk tempat penyimpanan baterai jenis AAA dan LCD (Untuk Fitur MP3, Voice Recording dan FM Tuner) dan terdapat port USB yang disediakan penutupnya yang berbentuk sama dengan body utamanya.

Flashdisk biasanya menggunakan struktur NAND Flash MemoryChip memori flash NAND mempunyai dua tingkat struktur hirarkis. Pada tingkat terendah, bit disusun ke dalam halaman, biasanya masing-masing 2 KB. Pages/halaman adalah unit dari read and write dalamNAND flash. Dalam rangka untuk memulai sebuah operasi I/O, sebuah perintah menetapkan pages ID dikirim ke memori flash controller, yang menetapkan waktu setup tetap terlepas dari jumlah bit harus dibaca atau ditulis. Dengan demikian, bit berikutnya dalam halaman yang dipilih saat ini dapat dibaca atau ditulis jauh lebih efisien daripada bit dari halaman yang berbeda.

Tidak seperti seperti dalam sebuah disk, kesalahan untuk memulai sebuah operasi I/O pada halaman adalah konstan, bukan fungsi dari operasi I/O sebelumnya (tidak ada keuntungan untuk halaman membaca secara berurutan).

Pages dikelompokkan ke dalam struktur tingkat yang lebih tinggi yang disebut menghapus blok, yang terdiri dari masing-masing ~64 halaman. Sementara halaman adalah unit read dan write, erase block adalah unit penghapusan (erasure). Seperti dijelaskan di atas, menulis ke halaman hanya dapat menghapus bit (membuat mereka nol), tidak mengesetnya.

Akhirnya, jumlah siklus menghapus per erase block terbatas, dan biasanya berkisar dari 10.000 hingga 1.000.000. Setelah batas siklus telah terlampaui, maka blok hilang, dan itu mustahil untuk melakukan menulis lebih jauh ke halaman di dalamnya.

Komponen-komponen internal sebuahflash drive yang umum
1. Sambungan USB
2. Perangkat pengontrol penyimpanan massal USB
3. Titik-titik percobaan
4. Chip flash memory
5. Oscillator kristal
6. LED
7. Write-protect switch
8. Ruang kosong untuk chip flash memory kedua

Cara kerja flashdisk:

1) Konektor berfungsi untuk menghubungkan peripheral yang terdapat dalam flash disk ke port USB untuk kemudian di akses oleh SO.
2) Pengontrol penyimpanan memory berfungsi mengontrol dan menyediakan penghubung ke alat Flash disk yang bertugas menjaga kesetabilan perangkat. Pengontrol berisi suatu RISC mikro prosesor berukuran kecil dan hampir sama pada RAM.
3) Lalu Point test ini berkerja selama perangkat mengecek dan mengirimkan kode ke microprocessor
4) Setelah kita membuat suatu file dan menyimpannya di flash disk maka bagian ini adalah tempat menyimpan datanya, biasanya juga digunakan di dalam kamera digital.
5) Perangkat ini menghasilkan 12 MHZ sinyal dari perangkat utama dan mengendalikan keluaran data perangkat sampai sebuah tahap penguncian..
6) Lampu indikator berfungsi untuk menandai adanya transfer data atau adanya data yang dibaca dan data yang ditulis.
7) Menandai apakah perangkat ada di dalam mode “write protection” atau tidak.
8) Ruang kosong disediakan untuk tambahan satu flash memory, dan dapat digunakan untuk menyimpan data lebih banyak lagi sesuai dengan kebutuhan.

Refrensi:

 http://www.it3.web.id/2011/11/21/pengertian-dan-cara-kerja-flashdisk/

http://blog.ub.ac.id/dharmawan/2011/10/29/prinsip-kerja-usb/

INFO :: CARA KERJA MEDIA PENYIMPANAN (STORAGE) DISK

Storage merupakan media untuk menyimpan data, informasi dan instruksi. Ada berbagai macam storage device pada komputer, seperti hard disk, floopy disk, optical device SD card, flash memory dan lain sebagainya. Masing-masing media storage memiliki kelebihan dan kekurangan.

Seperti flash memory dan SD card, walaupun memiliki kelebihan mudah dibawa kemanapun, karena memang ukurannya yang relatif kecil dan karena penggunaannya cukup mudah yaitu plug and play, namun media storage tersebut terbatas kapasitasnya dan kecepatan baca tulisnya juga tidak terlalu cepat. Cara kerja penyimpanan pada media ini adalah menyimpan kode-kode biner ke dalam memori atau chip di dalam flash.

Sama seperti flash memory dan SD card, optical device juga hanya memiliki kapasitas penyimpanan yang terbatas, kelemahan lainnya yaitu optical device sangat sensitif terhadap goresan, sedikit saja goresan dapat merusak data. Cara kerja penyimpanannya adalah menuliskan data menggunakan laser ke piringan compact disc.

Untuk floopy disk sendiri saat ini sudah jarang sekali digunakan, karena selain kapasitas penyimpanannya yang sangat kecil yaitu hanya sebesar 1,44 MegaBytes (MB), kecepatan baca tulisnya sangat rendah, floopy disk juga rentan terhadap goresan, sehingga mudah rusak. Cara kerjanya data dipindahkan melalui head pada floopy ke piringan disket.

Seperti yang telah diketahui bahwa storage adalah tempat penyimpanan dari hasil-hasil instruksi yang sebelumnya dieksekusi oleh prosesor, yang sebelumnya lagi ada proses fetch yaitu pengambilan data dari RAM oleh prosesor, decode yaitu penerjemahan instruksi agar dapat dimengerti prosesor dan operand jika dibutuhkan.

Dari kesekian banyak media storage, hardisklah yang biasanya digunakan di tiap-tiap komputer personal (PC), baik komputer desktop maupun laptop. Hard disk dipilih untuk penyimpanan utama karena memang kecepatan baca tulisnya yang tinggi, tidak mudah rusak oleh guncangan maupun goresan karena dibalut casing dan alasan utamanya karena kapasitasnya yang relatif besar.

1. Pengertian hard disk.

Pada prinsipnya hard disk menyediakan kebutuhan penyimpanan data dari sebuah komputer. Hal itu dilakukan dengan cara menyimpan data tersebut dalam sebuah space magnetis di atas permukaan yang berputar berupa piringan (disk) yang berlapis magnet.

Ukuran yang digunakan untuk membedakan kelas hard disk adalah kapasitas, kecepatan akses, kecepatan baca tulis dan interface yang digunakan. Kapasitas hard disk dinyatakan dalam satuan byte. Rata-rata hard disk masa kini telah berkapasitas diatas 40 GB. Kecepatan hard disk dinyatakan dalam ukuran RPM (rotation per minutes). Rata-rata kecepatan hardisk masa kini adalah 7200 RPM. Sementara perbedaan interface hardisk dibedakan menjadi beberapa macam antara lain : SCSI, IDE atau PATA : Paralel ATA (Advanced Technology Attachment), dan SATA (serial ATA).

PATA (Paralel ATA) merupakan sistem pemasangan hardisk dimana satu atau dua IDE devices dapat dipasang dalam satu kabel dan terkoneksi kepada satu ports IDE secara paralel. Sementara SATA (Serial ATA) adalah revolusi baru cara pemasangan hardisk dengan hanya satu devices dalam satu port SATA. Terkesan lebih boros, namun kecepatan akses SATA jauh lebih tinggi dibandingkan dengan PATA, kesan pemasangan pun lebih rapi karena kabel yang digunakan untuk SATA jauh lebih kecil dari kabel IDE.

2. Komponen hard disk.

Teknologi penyimpanan data dalam space magnetis seperti pada hard disk sebenarnya sudah cukup lama digunakan. Sejak jaman penyimpanan lagu dalam piringan hitam serta kaset-kaset pada jaman dahulu teknologi seperti ini sudah dikenal. Perbedaannya pada hard disk dialami penyempurnaan dan peningkatan kemampuan simpan.

Piringan magnetis dalam hard disk digunakan untuk menyimpan data digital dengan memberi penandaan pada tiap bagian hard disk. Masing-masing bagian yang sudah maupun belum diisi data akan diberi penandaan dengan spot magnetis. Data disimpan dalam piringan magnetis setelah dirubah dengan angka biner yang diwakili oleh angka 0 dan 1.

Di dalam sebuah hard disk umumnya terdapat sebuah drive dengan piringan (disk) yang berputar. Sebuah hard disk berkapasitas tinggi umumnya memiliki beberapa disk berdiameter 3,5 inchi dan mampu menyimpan data pada kedua sisinya. Dalam ruangan yang sama terdapat motor yang memutar piringan dengan kecepatan antara 4500 hingga 15000 rotation per minutes (RPM).

Di dalam hard disk juga terdapat alat bernama head yang digunakan untuk membaca dan menulis data dari masing-masing permukaan disk. Penggerak dengan sebuah lengan mengendalikan head ini untuk tetap berada pada posisi tertentu pada permukaan disk. Bila ada lima disk dalam sebuah hard disk maka akan ada sepuluh head dengan sepuluh lengan berbeda.

3. Cara kerja hard disk

Hard disk akan merekam data dalam putaran konsentris yang biasa disebut dengan track. Dalam sebuah track ini masih ada pembagian lagi yang disebut dengan sektor. Masing-masing track dalam sebuah disk bisa diibaratkan sebuah buku tempat anda menyimpan tulisan yang tertata rapi dalam sebuah disk. Kalau sistem operasi membutuhkan file yang terletak dalam track dan sektor tertentu maka permintaan tersebut akan diteruskan lewat lengan pengendali head ke posisi track dan sektor tertentu dimana data disimpan.

Saat sistem operasi mengirim data ke hard disk untuk disimpan maka drive pada hard disk akan terlebih dahulu melakukan perhitungan data dengan rumus matematis yang kompleks untuk menambahkan hitungan bit pada sebuah data. Dengan konversi ini maka data bisa disimpan dengan lebih efisien. Selain itu ketika nanti data tersebut dibutuhkan kembali tambahan bit tersebut mampu mendeteksi dan mengkoreksi kesalahan acak karena variasi dari ruangan magnetis yang lebar.

Selanjutnya head akan digerakkan menuju track tertentu di atas disk untuk melakukan baca dan tulis. Waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan head dari satu track ke track yang lain inilah yang disebut dengan seek time. Setelah berada pada track yang benar head akan menunggu sampai berada pada sektor tertentu untuk membaca dan menulis data. Untuk menulis data head akan menunggu sampai berada pada sektor yang belum terisi sementara saat membaca head akan menunggu sampai berada pada sektor dimana data disimpan.

Waktu yang dibutuhkan untuk menunggu berada pada sektor yg tepat ini sering disebut sebagai latency. Semakin kecil nilai seek time dan latency maka akan semakin tinggi kinerja sebuah hard disk. Saat head berada pada sektor yang tepat untuk menuliskan data maka sebuah pulsa elektronik akan disalurkan lewat head menuju piringan. Pulsa elektronik tersebut menghasilkan tempat tertentu diatas disk untuk menyimpan data.

Sumber

http://www.wintersat.com/content/view/69/lang,en/

http://my.opera.com/klinik-printer/blog/cara-kerja-hard-drive

INFO :: PRINSIP KERJA MEDIA PENYIMPANAN MEMORY CARD, FLASH DISK,Solid State Drive (SSD)

Hard disk drive sudah ada selama beberapa dekade terakhir. Hard drive pertama merupakan bagian dari sistem komputer yang dibuat oleh IBM pada pertengahan tahun 1950 yang disebut dengan IBM 305 RAMAC yang digunakan untuk perhitungan akuntansi. Hard drive ini seukuran setengah ruangan, seharga $50,000 dan hanya berukuran 5 Mb namun pada saat itu disambut sebagai inovasi terbaru. Sejak saat itu, hard drive terus mengalami perkembangan yaitu menjadi semakin kecil, murah, dan kapasitas penyimpanannya terus berkembang. Namun teknologi dasarnya tetap sama.



Gambar Sistem Kerja Hard Drive

Platter atau piringan hitam yang berputar dengan sangat cepat, yang dilapisi dengan bahan ferromagnetic untuk menyimpan data, actuator arm yang dilengkapi dengan head untuk membaca maupun menulis dan bergerak tepat di atas platter tersebut. Meskipun teknologi hard disk semakin maju pada tahun-tahun terakhir, misalnya actuator arm hanya sejauh nanometer dari platter yang berputar tanpa menabrak disk, tetap ada keterbatasan karena arsitekturnya yang mekanis.
Hard drive rentan terhadap benturan, membutuhkan daya yang besar karena platter yang berputar dan menghasilkan panas. Hard disk juga lambat, karena disk harus mulai berputar jika belum dalam kondisi berputar, kemudian menempatkan head pada posisi yang tepat untuk membaca atau menuliskan data. Selain itu, masalah fisik lainnya saat debu atau objek-objek lainnya masuk ke bagian mekaniknya

Pada tahun 1984, Dr. Fujio Masouka dari Toshiba menciptakan flash memory yang pertama, yang diproduksi Intel sebagai produk komersil empat tahun kemudian. Berdasarkan informasi dari Toshiba, nama ”flash” disarankan oleh kolega Dr. Masuoka's, yaitu Mr. Shoji Ariizumi, karena proses penghapusan flash memory mengingatkannya akan flash dari kamera.
Karena tidak ada bagian mekanis, flash memory lebih tahan benturan, menggunakan daya yang lebih rendah, dan mengurangi panas.

Gambar Solid State Drive

Saat ini flash memory sudah cukup dikenal karena pengunaannya pada produk-produk elektronik seperti kamera digital, pemutar mp3, dan USB flash drive. Selama beberapa tahun terakhir, dilakukan berbagai usaha untuk mengkombinasikan flash memory dengan teknologi controller. Akhirnya berhasil ditemukan media penyimpanan (storage device) dengan menggunakan flash memory, yaitu Solid State Drive (SSD). Komunikasi antara SSD dengan sistem host menggunakan protokol yang sama dengan disk drive, tetapi SSD menyimpan dan membaca file data dalam flash memory array, bukan media yang berputar. Perkembangan teknologi flash memory dan controller akhirnya memungkinkan peningkatan kapasitas, performansi, dan reliabilitas SSD sehingga dapat digunakan dalam lingkungan server.

Definisi Solid State Drive
Solid state drive adalah media penyimpanan data (storage) yang menggunakan solid state memory untuk penyimpanan datanya. Berbeda dengan hard disk yang menggunakan platter magnetis yang berputar, SSD menggunakan semikonduktor. Solid disk drive dapat menggantikan hard disk drive tradisional, sehingga sering disebut solid state disk drive atau solid state disk, meskipun secara teknis bukanlah sebuah disk. Bentuk dan dimensi SSD juga sama dengan hard drive, sehingga dapat diletakkan pada slot standar yang terdapat dalam komputer. SSD juga menggunakan interface SATA atau IDE yang sama dengan hard disk, sehingga fungsionalitasnya pun sama.


Gambar Toshiba 128 GB SSD

Prinsip dibalik solid state drive adalah tidak ada bagian yang bergerak, tidak platter yang berputar, tidak ada head yang berpindah-pindah. Data dibagi dalam ukuran word dan disimpan dalam memori. Data kemudian diakses dengan cepat menggunakan metode pengalamatan yang unik pada seluruh sistem. Teknologi ini telah digunakan untuk RAM selama bertahun-tahun, tetapi tidak digunakan untuk hard disk drive karena terlalu mahal untuk diproduksi dalam jumlah yang cukup untuk menggantikan hard disk.

Sejarah Solid State Drive
SSD yang menggunakan memori ferrite, atau lebih populer dengan istilah auxiliary memory unit saat ini, muncul pada era komputer yang menggunakan vacuum tube atau pipa kedap udara. Tetapi penggunaannya terhenti setelah kemunculan drum storage unit yang lebih murah. Pada tahun 1970an dan 1980an, SSD menggunakan memori semikonduktor dan digunakan untuk supercomputer milik IBM. Amadahl, dan Crat. Tetapi harga SSD yang sangat mahal menjadi penyebab drive ini tidak populer.

Pada tahun 1978, StorageTek mengembangkan solid state drive dengan tipe terbaru. Pada pertengahan tahun 1980, Santa Clara Systems memperkenalkan BatRam, yaitu 1 megabit DIP RAM chip dan card controller yang mengemulasikan sebuah hard disk. BatRam juga dilengkapi dengan baterai yang dapat diisi ulang untuk mempertahankan isi dari memori saat array tidak dialiri listrik. Sharp PC-5000 diperkenalkan pada tahun 1983, menggunakan 128 kilobyte (128 KiB) solid-state cartrige untuk media penyimpanan, yang mengandung bubble memory.
Pada tahun 1980an, RAM “disk” populer digunakan sebagai media boot karena harga hard drive mahal, floppy disk yang lambat, dan beberapa sistem seperti Amiga, Apple Iigs dan Macintosh Portable mendukung booting tersebut. Sistem dapat di soft-reboot dan sistem operasi dapat diaktifkkan dalam hitungan detik. Beberapa sistem menggunakan baterai sehingga isinya tetap tersimpan saat sistem dalam kondisi mati.
Pada tahun 1995, M-Systems memperkenalkan solid state drive yang menggunakan flash memory (SanDisk kemudian mengambil alih M-Systems pada November 2006). Sejak saat itu, SSD dapat digunakan sebagai pengganti hard disk drive dalam bidang militer dan penerbangan, dan aplikasi penting lainnya yang kritis. Aplikasi-aplikasi ini membutuhkan tingkat MTBF (Mean Time Between Failures) yang khusus karena SSD dapat menahan benturan yang kuat, getaran, dan range suhu yang besar.


Gambar OCZ Core Series V2 SSD

Pada tahun 2007, SSD dengan kapasitas beberapa gigabyte memperoleh popularitas untuk netbook dan subnotebook. Pada tahun 2008 SSD berkembang dengan sangat pesat. Pada Maret 2008, Samsung mengumumkan akan meluncurkan solid state disk berkapasitas 258 GB pada tahun 2009. Super Talent meluncurkan SSD 256 GB tertipis. Pada Oktober 2008, Intel memproduksi SSD khusus untuk server dan workstation. Drive ini seharga $695 untuk pembelian 1000 unit. Enterprise Flash Drives (EFDs) didesain untuk aplikasi yang membutuhkan performansi tinggi (IOPS – Input/Output per Second), realiabilitas, dan efisiensi daya.



Arsitektur dan Fungsionalitas
Solid state disk dapat menggunakan dua jenis memori sebagai media penyimpanan, yaitu NAND flash (memori non-volatile) atau DRAM (memori volatile). Istilah NAND flash berawal dari penggunaan teknologi gerbang NAND dan sering digunakan untuk USB flash drive dan berbagai jenis memory card. NAND flash drive bersifat non-volatile, yang dapat menyimpan data meskipun tidak ada aliran listrik, sehingga dapat digunakan sebagai hard disk drive. Dynamic Random Access Memory (DRAM) bersifat volatile dan membutuhkan sumber listrik tersendiri apabila digunakan terpisah dari komputer.

DRAM
SSD yang dibuat dengan memori volatile seperti DRAM memiliki pengaksesan data yang sangat cepat, secara umum 0.01 milidetik. SSD terutama digunakan untuk mempercepat aplikasi yang tertahan oleh latency dari Flash SSD atau Hard Disk Drive. Selain itu, SSD yang menggunakan DRAM lebih murah daripada NAND flash. Namun saat tidak ada aliran listrik, semua data yang tersimpan dalam DRAM akan hilang. Beberapa SSD yang menggunakan DRAM berusaha mengatasi kelemahan ini dengan menambahkan baterai yang dapat diisi ulang dan sistem backup.

Gambar SSD yang menggunakan SDRAM

Jika arus listrik terputus, baterai akan menyediakan daya sementara semua data dikopi dari RAM ke media penyimpanan backup, atau ditransfer ke komputer lain. Saat listrik ada kembali, data dari media penyimpanan backup akan dikembalikan lagi ke RAM sehingga SSD dapat berjalan seperti biasa (mirip dengan fungsi hibernate pada sistem operasi modern). Namun solusi ini tidak menguntungkan, karena baterai menambah berat, memiliki umur yang terbatas, dan reabilitasnya masih kalah bila dibandingkan dengan SSD yang menggunakan NAND Flash.
SSD jenis DRAM umumnya memiliki tipe yang sama dengan modul DRAM yang digunakan pada PC biasa dan server. Hal ini memungkinkan penukaran dengan modul yang lebih besar. SSD dengan DRAM terutama bermanfaat untuk komputer yang sudah memiliki RAM maksimum. Misalnya, komputer yang menggunakan arsitektur x86-32 dapat dipercepat dari batas 4 GB dengan menambahkan file paging atau file swap dalam sebuah SSD. Karena adanya
bottleneck pada bandwith dalam bus yang terhubung, SSD dengan DRAm tidak dapat membaca dan menuliskan data secepat RAM utama, tetapi masih jauh lebih cepat daripada hard drive mekanis. Penempatan file swap/scratch pada RAM SSD dapat meningkatkan performansi yang cukup signifikan.

Flash Memory

Sebagian besar produsen SSD menggunakan flash memory yang non-volatile. SSD dengan flash sering disebut dengan flash drive. Flash drive tidak membutuhkan baterai. Flash drive diproduksi dengan ukuran yang standar, yaitu 1.8 inch, 2.5 inch, dan 3.5 inch. Sifat flash drive yang non-volatile memungkinkan data dalam flash SSD tetap tersimpan dalam memori meskipun tidak ada aliran listrik. Hingga pertengahan tahun 2008, flash SSD cukup lambat dibandingkan DRAM, tetapi performansinya tetap lebih baik dari hard drive tradisional, terutama saat membaca data karena tidak ada komponen yang bergerak, sehingga menghilangkan waktu “spin-up”, mengurangi waktu pencarian dan sebagainya.
Micron/Intel SSD dapat membuat flash drive yang lebih cepat dengan mengimplementasikan data striping (mirip dengan RAID 0) dan interleaving. Teknologi ini memungkinkan terbentuknya SSD dengan kecepata baca/tulis 250 MB/detik – kecepatan maksimum yang dapat diterima oleh SATA.

Teknologi Flash Memory
Sebagian besar SSD menggunakan teknologi flash memory, memori komputer yang nonvolatile yang dapat dihapus dan diprogram ulang secara elektrik. Flash memory merupakan bagian utama dari SSD, sehingga diperlukan adanya pemahaman karakteristik cara kerja dari teknologi ini dan bagaimana pengaruhnya terhadap performansi, reliabilitas, dan kesesuaian penggunaan SSD pada berbagai lingkungan aplikasi.
Flash memory digunakan terutama untuk memory card dan USB flash drive untuk media penyimpanan dan transfer data antara komputer dengan produk-produk digital lainnya. Flash memory merupakan sejenis EEPROMG (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) yang dihapus dan diprogram dalam block-block yang bersar. Pada awalnya, penghapusan flash yang harus dilakukan sekaligus pada seluruh chip. Flash memory harganya jauh lebih murah bilai dibandingkan dengan EEPROM sehingga flash emory telah menjadi teknologi yang dominan saat media penyimpanan solid state dibutuhkan. Penggunaan flash memory untuk PDA, laptop, pemutar mp3, kamera digital dan handphone. Popularitasnya juga meningkat pada pasar game console, dimana flash memory sering digunakan sebagai pengganti EEPROM atau SRAM dengan baterai untuk menyimpan data game.


Gambar Cell dalam Flash Memory

Flash memory bersifat non-volatile sehingga tidak perlu daya listrik untuk menyimpan informasi di dalam chip. Flash memory juga menawarkan kecepatan pembacaan yang tinggi dan ketahanan terhadap benturan yang baik. Karakteristik inilah yang menyebabkan penggunaan flash memory populer untuk media yang portable. Fitur lainnya dari flash memory adalah saat berbentuk memory card, tingkat ketahannya sangat tinggi. Dapat menahan tekanan, suhu yang ekstrim, bahkan tahan terhadap air.
Meskipun flash memory merupakan sejenis EEPROM, namun istilah EEPROM digunakan secara spesifik untuk non-flash EEPROM yang dapat dihapus dalam block-block kecil, umumnya byte. Karena proses penghapusan yang lambat, sifat penghapusan flash memory yang harus dilakukan per block memberikan keuntungan kecepatan dibandingkan EEPROM saat dilakukan penulisan data yang banyak.

Cara Kerja Flash Memory
Flash memori diproduksi dengan dua konfigurasi utama, yaitu NOR flash dan NAND flash. Kedua-duanya menyimpan informasi dalam array dari floating gate transistor yang disebut dengan istilah ”cell”, tetapi terdapat perbedaan pengaturan dan pengaksesan cell-cell tersebut.
Dalam NOR flash, cell dihubungkan secara paralel ke bit line, sehingga setiap cell dapat dibaca
dan diprogram sendiri-sendiri. Sedangkan dalam NAND flash, cell dihubungkan secara serial sehingga dapat dibaca dan diprogram secara berkelompok.
Desain NAND ini memungkinkan densitas array memori NAND mencapai hampir dua kali dari memori NOR, dengan biaya yang lebih murah. Dengan keunggulan ini, NAND flash mendominasi arsitektur SSD, dan kemungkinan besar akan demikian seterusnya untuk beberapa saat mendatang.

NAND Flash
NAND Flash memiliki protokol khusus untuk penulisan dan pembacaan data. Berbeda dengan DRAM, NAND memory harus diakses dengan satuan diskrit. Satuan kecil penulisan dan pembacaan data adalah page. Page yang telah terisi data tidak bisa langsung ditumpuki dengan
data baru, namun harus dihapus terlebih dahulu. Sedangkan satuan terkecil penghapusan data adalah block, yang biasanya terdiri dari 64 atau 128 page. Hal penting lainnya untuk media yang yang menggunakan NAND flash adalah pengaturan ukuran baca dengan tulis yang tidak simetris.

Tabel Waktu Eksekusi NAND Flash (SLC)


Tampak pada tabel di atas, penulisan ke NAND flash sangat lambat dibandingkan pembacaannya. Penulisan ke page 8 kali lebih lambat daripada pembacaan page. Penghapusan block, yang jarang dilakukan, tetapi termasuk bagian dari penulisan/pemrograman NAND, tujuh kali lebih lambat bila dibandingkan dengan penulisan page. Walaupun perbedaan waktu eksekusi yang cukup besar ini berusaha ditangani, adalah penyebab semua media penyimpanan yang menggunakan NAND, misalkan USB drive atau solid state drive memiliki performansi baca yang lebih baik bila dibandingkan dengan performansi tulis.


Gambar Cell dalam Flash Memory

Flash memory adalah sejenis chip EEPROM. Flash memory memiliki deretan kolom dan baris dengan sebuah cell yang memiliki dua buah transistor pada masing-masing persimpangannya, seperti tampak pada Gambar 7. Kedua transistor dipisahkan antara satu dan lainnya dengan menggunakan sebuah lapisan oxide tipis. Salah satu dari transistor tersebut dinamakan floating gate dan yang satunya dinamakan control gate. Jika link ini terhubung, maka cell yang bersangkutan akan memiliki nilai 1. Untuk mengubahnya menjadi bernilai 0 diperlukan proses yang dinamakan Fowler-Nordheim tunneling.
Gerbang NAND flash menggunakan tunnel injection untuk menulis data dan tunnel release untuk menghapus. NAND flash memory merupakan pembentuk media penyimpanan USB, antara lain USB flash drive, memory card, dan berbagai macam media penyimpanan Nintendo DS seperti N-Card.


Gambar Struktur NAND Flash Memory dalam Silikon

Tunneling
Tunneling digunakan untuk mengubah penempatan electron pada floating gate. Sebuah tegangan listrik, umumnya sekitar 10 hingga 13 volt, dialirkan pada floating gate. Tegangan mengalir dari kolom, atau bitline, memasuki floating gate dan kemudian mengalir ke ground.
Tegangan ini menyebabkan transistor floating gate bertindak seperti sebuah pistol electron. Elektron yang dilepaskan terdorong dan terperangkap pada sisi lain dari lapisan oxide yang tipis, yang akan menyebabkan terciptanya tegangan negatif. Electron dengan tegangan negatif ini bertindak sebagai penahan antara control gate dan floating gate. Sebuah alat khusus bernama cell sensor memonitor nilai tegangan yang mengalir di floating gate. Jika tegangan yang mengalir dalam floating gate diatas 50% ambang batas, floating gate tersebut memiliki nilai 1.
Jika tegangan yang mengalir kurang dari 50% ambang batas, maka gate tersebut akan berubah menjadi bernilai 0. Sebuah EEPROM yang kosong berada dalam kondisi terbuka untuk semua gatenya, yang menjadi seluruh cell dari EEPROM memiliki nilai 1.


Gambar Floating Gate Bernilai 0

Electron yang berada pada cell sebuah flash memory dapat dirubah menjadi normal (bernilai 1) kembali dengan menggunakan medan listrik, sebuah tegangan listrik yang kuat. Flash memory menggunakan pengkabelan dalam circuit untuk mengaplikasikan medan listrik ke seluruh chip atau bagian-bagian yang telah ditentukan yang dikenal dengan block. Medan listrik ini dapat menghapus bagian chip yang dituju, yang mana kemudian dapat ditulisi lagi. Flash memory bekerja lebih cepat dibandingkan EEPROM tradisional karena tidak menghapus byte demi byte, namun menghapus sebuah block atau keseluruhan chip.


Gambar Floating Gate Bernilai 1

Dalam praktek, bisa muncul anggapan bawha radio mobil menggunakan flash memory, karena radio mobil dapat menyimpan channel-channel radio yang sering diputar. Namun sebenarnya, radio mobil menggunakan flash RAM. Perbedaan diantara keduanya adalah bahwa flash RAM harus memiliki daya/energi untuk mempertahankan isinya, sedangkan flash memory akan mempertahankan isinya tanpa menggunakan daya dari luar. Meskipun kita mematikan radio mobil kita, sebenarnya radio tersebut masih menggunakan daya yang kecil untuk mempertahankan datanya. Hal inilah yang menyebabkan mengapa channel radio mobil kita akan hilang jika mobil kehabisan baterai atau kabel radio tersebut putus.

Keterbatasan dari NAND Flash Memory
NAND Flash Memory memiliki keterbatasan, yaitu penghapusan datanya harus per block. Penghapusan dilakukan dengan memberi nilai satu pada semua bit di dalam block. Setelah keseluruhan block telah dihapus, penulisan dapat dilakukkan di manapun dalam block. Namun, bila salah satu bit dalam sebuah block bernilai 0, jika ingin menggantinya menjadi 1, maka seluruh block harus dihapus. Flash Memory memungkinkan pengaksesan data secara random, tetapi penghapusan datanya tidak dapat dilakukan secara random. Suatu lokasi dapat ditulis ulang asalkan nilai 0 yang baru adalah superset dari nilai yang akan ditulisi. Sebagai contoh, sebuah nilai nibble dapat dihapus sehingga menjadi 1111, kemudian ditulis sebagai 1110. Penulisan ulang selanjutnya dapat mengubah nibble tersebut menjadi 1010, kemudian 0010, dan akhirnya 0000. Dalam prakteknya, hanya beberapa algoritma yang memanfaatkan kemampuan penulisan ini. Secara umum, keseluruhan block dihapus dan ditulisi.
Keterbatasan lainnya adalah flash memory memiliki keterbatasan dalam penghapusan dan penulisan. Produk-produk flash umumnya bergaransi 100.000 kali tulis-baca. Keterbatasan ini diatasi oleh firmware atau file system driver dengan mencatat jumlah penulisan dan melakukan mapping ulang block untuk meratakan penulisan antar sector. Teknik ini dinamakan wear leveling, yang akan dibahas pada bagian selanjutnya.
Untuk media portable, teknik ini dapat memperpanjang umur flash memory melebihi umur dari media itu sendiri. Namun untuk penyimpanan data yang membutuhkan reliabilitas tinggi, flash memory yang telah melalui proses baca tulis yang banyak tidak disarankan penggunaanya. Keterbatasan ini tidak berlakukan untuk aplikasi yang ”read only”, yang hanya dibaca seperti thin client dan router yang hanya diprogram satu kali atau maksimal beberapa kali selama rentang umurnya.

Pendekatan lainnya ada melakukan verifikasi penulisan dan mapping ulang ke sector yang kosong jika terjadi kegagalan. Metode ini disebut dengan Bad Block Management (BBM). Saat sebuah logical block diakses oleh software, block tersebut dimapping ke block fisik oleh device driver atau controller. Sejumlah block dalam flash digunakan untuk menyimpan tabel mapping untuk menyimpan block-block yang rusak, atau sistem dapat melakukan pengecekan untuk setiap block saat komputer dinyalakan untuk membuat map bad block di dalam RAM. Kapasitas memori akan secara bertahap berkurang setiap kali ada block yang ditandai sebagai bad block.
NAND menggunakan ECC untuk mengkompensasi bit-bit yang mungkin gagal saat operasi. ECC dapat membetulkan satu bit error dalam setiap 2048 bit, atau hingga 22 bit dalam setiap 2048 bit. Jika ECC tidak dapat membetulkan error saat pembacaan, paling tidak error dapat terdeteksi. Saat operasi penghapusan atau penulisan, NAND flash dapat mendeteksi block yang gagal untuk ditulisi atau dihapus dan ditandai rusak. Data kemudian dituliskan pada block lainnya yang masih baik, dan bad block map akan diupdate.

Kebanyakan media NAND dikirim dari pabrik dengan beberapa bad block yang diindentifikasi dan ditandai sesuai dengan strategi penandaan bad block. Dengan adanya beberapa bad block, produsen NAND flash dapat menghemat biaya dan kapasitas media penyimpanannya hanya berkurang sedikit.

Saat mengeksekusi software dari NAND flash, metode virtual memory sering digunakan:
isi dari memory harus dikopi ke memory-mapped RAM dan dijalankan di sama (inilah yang dimaksud dengan kombinasi antara NAND dan RAM). Sebuah unit manajemen memori (MMU–Memory Management Unit) dalam digunakan, tetapi ini juga dapat dilakukan dengan overlay.
Dengan alasan ini, beberapa sistem menggunakan kombinasi dari memori NOR dan NAND, dimana sejumlah memori NOR yang lebih sedikit digunakan sebagai ROM dan software, dan NAND memori dipartisi dengan file system yang digunakan sebagai media penyimpanan yang non-volatile.
NAND paling sesuai untuk sistem yang membutuhkan kapasitas media penyimpanan yang besar. Arsitektur flash jenis ini menawarkan densitas dan kapasitas dengan biaya yang lebih rendah dengan penghapusan yang lebih cepat, penulisan sekuensial, pembacaan sekuensial dengan tidak menggunakan akses secara random.

Kelemahan lainnya dari NAND Flash adalah harganya yang cukup mahal. Namun setiap tahun, harga NAND flash terus mengalami penurunan sekitar 20-30% dalam setahun1. Saat ini harga NAND flash sekitar $8/GB dan harga SSD $17/GB. Penurunan harga NAND flash akan berakibat adanya penurunan harga SSD juga.

Arsitektur Low Level NAND
Chip flash memory berbeda dari tipe-tipe memori lainnya seperti DRAM, ROM, dan EEPROM yang memungkinkan perubahan data per bit (dari nol ke satu dan satu ke nol) dan akses secara random melalui address bus eksternal.
Arsitektur NAND flash diperkenalkan oleh Toshiba pada tahun 1989. Pengaksesan memori ini sama seperti media yang menggunakan block, yaitu hard disk atau memory card.
NAND flash memory array terbagi atas page dan block. Page adalah satuan terkecil pengorganisasian NAND array. Page size bisa bervariasi sesuai dengan implementasi, namun umumnya berukuran 2KB, 4KB, atau 8KB. Setiap page memiliki beberapa byte tambahan (umumnya 12-16 byte) yang digunakan untuk penyimpanan pendeteksian error dan pembetulan checksum. Page kemudian disusun ke dalam block-block. Umumnya, setiap block terdiri dari 64 page. NAND block berbeda dengan logical block interface SATA/SAS yang berukuran 512 byte.

Ukuran block yang umum antara lain:
• 32 page yg mengandung 512 byte dg ukuran block 16 KB
• 64 page yg mengandung 2,048 byte dg ukuran block 128 KB
• 64 page yg mengandung 4,096 byte dg ukuran block 256 KB
• 128 page yg mengandung 4,096 byte dg block berukuran 512 KB

Pembacaan dan penulisan dilakukan pada page, sedangkan penghapusan hanya dapat dilakukan untuk block. Batasan dari NAND flash lainnya adalah data dalam suatu block hanya dapat ditulisi secara sekuensial. Jumlah operasi (NOP) adalah bilangan yang menyatakan berapa kali sebuah sector dapat ditulisi.

Single Level dan Multi Level NAND flash
NAND flash terdiri dari dua jenis yaitu:
- Single-level Cell (SLC)
- Multi-level Cell (MLC)
Selama beberapa tahun sebelum tahun 2006, SLC NAND mendominasi pasar penjualan. Pada awal 2006, pasar mulai beralih ke MLC NAND, dan pada akhir tahun pembagian pasar penjualan merata antara keduanya. Tahun 2007 dan ke depannya, diperkirakan teknologi MLC NAND akan lebih populer. Meskipun demikian, SLC tetap meraih pasar untuk aplikasi yang membutuhkan performansi dan reliabilitas yang tinggi.


Gambar Arsitektur MLC

Gambar diatas dan dibawah berikut mengilustrasikan perbedaan antara MLC dengan SLC Nand Flash cell. SLC NAND menyimpan dua kondisi biner (0 atau 1) dalam sebuah cell, sedangkan MLC NAND dapat menyimpan empat buah kondisi: 00, 01, 10, dan 11. SLC memiliki reabilitas dan daya tahan yang lebih tinggai bila dibandingkan dengan MLC.


Gambar Arsitektur SLC

NAND flash memory yang menggunakan teknologi MLC telah mendominasi pasar produk-produk elektronik. Namun bila dibandingkan dengan SLC, ada beberapa karakteristik MLC yang menyebabkan penggunaannya tidak sesuai untuk media penyimpanan server yang membutuhkan performansi dan reabilitas yang tinggi.
1. Tingkat error internal yang lebih tinggi karena jarak antar cell yang kecil, yang membutuhkan memori ECC yang lebih besar untuk membetulkannya
2. Umur yang lebih pendek, dari segi jumlah penulisan/penghapusan
3. Performansi baca dan tulis yang lebih rendah

Tabel dibawah ini merupakan tabel yang menunjukkan perbandingan antara MLC dan SLC. Dari tabel ini, dapat diamati bahwa MLC NAND flash memiliki performansi baca dan tulis yang lebih rendah. Namun yang terutama adalah SLC flash memiliki daya tahan/lifecycle sepuluh hingga dua puluh kali dibandingkan dengan MLC.

Tabel Perbandingan karakteristik MLC dan SLC


Densitas yang tinggi menyebabkan MLC akan tetap digunakan untuk media yang murah atau yang beban kerjanya rendah. SLC yang memiliki performansi dan reliabilitas yang lebih baik saat ini digunakan untuk solid state drive, agar dapat memenuhi persyaratan media penyimpanan server.


Gambar Ilustrasi SLC

Gambar diatas menampakkan arsitektur 2 Gb, 2K page SLC NAND. NAND ini terdiri dari 2.048 block yang independen. Setiap block terdiri dari 64 page yang terdiri dari 2.112 byte – 2048 byte data dan 64 byte area untuk ECC. Terdapat pula register shift input/output yang dikenal sebagai cache register yang digunakan untuk double buffering. Data dimasukkan dan dikeluarkan dari register cache byte per byte. Saat operasi READ dilakukan, array diakses dan data dikopikan ke cache register lalu didorong keluar. Untuk operasi penulisan, data dipindahkan ke register terlebih dahulu sebelum dituliskan ke array.

Gambar Perfomansi SLC

Dari gambar diatas, dapat dilihat parameter-parameter yang memengaruhi waktu dan efeknya terhadap performansi secara keseluruhan. Perfomansi pembacaan dari NAND Flash dipengaruhi tiga parameter waktu:

• tR – waktu yang dibutuhkan untuk transfer data dari array NAND ke register data.
• tRC – waktu putaran clock untuk pembacaan.
• tRC(C) – waktu putaran pembacaan untuk operasi cache

Pembacaan page sebuah SLC NAND berukuran 2GB dengan ukuran page 2K dengan clock 30ns dan 25μs tR menghasilkan performasi pembacaan 23.85 MB/detik, tetapi untuk mode pembacaan cache, dapat diperoleh performansi hampir mencapai 32 MB/detik.
Performansi penulisan NAND tergantung paramater berikut:

• tWC – clocking data ke register
• tPROG – penulisan ke array

Performansi penulisan dapat mencapai 5.8 MB/detik, sementara performansi pemrograman cache dapat mencapai lebih dari 7MB/detik.
SLC NAND juga dapat diimplementasikan dengan arsitektur two plane yang dapat meningkatkan performansi dua kali lipat. NAND dibagi atas dua bidang yaitu block ganjil dan block genap secara berurutan. Shift register juga dua kali lipat untuk mengakomodasi data dua plane. Performansi NAND dapat ditingkatkan karena dua page dapat dibaca dan ditulis secara bersamaan. Penghapusan dua block sekaligus juga dapat dilakukan. Gambar berikut merupakan arsitektur 4-GB SLC NAND yang terdiri dari 2K page dan 64 page per block. Arsitektur NAND terus berkembang dengan pesat, hingga memungkinkan 8K page dan four-plane di masa mendatang.


Gambar Arsitektur dual-plane SLC

Gambar diatas dan dibawah ini menunjukkan aristektur dan performansi dari SLC NAND Flash seukuran 4GB. Dalam SLC dual-plane berukuran 4GB, performansi program meningkat dari 13MB/detik dan 19MB/detik pada mode cache.

Gambar Performansi dual-plane SLC

Gambar dibawah ini menunjukkan aristektur dan performansi dari MLC NAND Flash seukuran 8GB. Performansi pembacaan memiliki rentang dari 20MB/detik hingga 37MB/detik, dan performansi penulisan antara 3MB/detik hingga 6.5MB/detik. Waktu penulisan MLC dua kali lipat lebih lambat daripada SLC.


Gambar Arsitektur MLC


Gambar Performansi MLC

Gambar dibawah ini menunjukkan aristektur dan performansi dari MLC NAND Flash seukuran 16GB. NAND flash ini terdiri dari dual plane, dan 4K page. Performansi penulisan lebih baik, hampir mencapai 4.28 MB/detik untuk penulisan normal dan hampir mencapat 8\9.5MB/detik dengan cache. 4K page ini terdiri dari 4.096 byte data dan 218 byte area yang disisakan, dibandingkan dengan 8GB 2.048byte page dengan 64 byte area yang disisakan.
Area yang disisakan ini digunakan untuk ECC.


Gambar Performansi dual-plane MLC


Gambar Performansi dual-plane MLC

Desain dari SSD yang menggunakan Flash Memory
SSD yang menggunakan NAND membutuhkan subsistem kontroller driver yang menangani hal-hal berikut:

• Mengatur operasi pembacaan dan penulisan ke NAND memori, termasuk penanganan error dan pengaturan block
• Meningkatkan performansi NAND dengan menggunakan algoritma manajemen dan cache yang menggunakan RAM
• Memaksimalkan daya tahan, atau umur dari SSD dengan meminimalisasi penghapusan dan pembacaan ke NAND memory
• Menyediakan penerjemahan antara interface baca/tulis NAND dengan host, umumnya SAS atau SATA

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram fungsionalitas SSD SATA. Bagian kontroller SSD menangani semua operasi logika yang diperlukan untuk mengatur NAND flash memory dan menyediakan interface SATA ke host.


Gambar Diagram SSD SATA

Wear Leveling untuk peningkatan daya tahan SSD
Wear leveling adalah metode untuk meningkatkan keseluruhan daya tahan dari SSD yang menggunakan NAND. Karena SLC flash NAND hanya bisa digunakan selama 100.000 cycle baca/hapus, penghapusan dan penulisan ulang NAND flash memory harus dilakukan seminim mungkin. Namun seringkali SCI block dari media SAS/SATA harus ditulis ulang atau di-update.
Wear leveling mengatasi hal ini dengan melakukan re-mapping terhadap block-block SCSI ke page-page yang berbeda dalam NAND array.
Wear leveling memastikan agar penghapusan dan penulisan ulang merata pada seluruh media, sehingga daya tahan SSD dapat ditingkatkan. Teknik ini mencegah agar jangan sampai sebuah block mencapai batas baca/tulis-nya sebelum block yang lain. Sebagai contoh, jika block A telah ditulisi 10x, sedangkan block lainnya telah ditulisi sebanyak ”x” kali, algoritma akan berhenti menulisi block A dan akan menulis ke block-block lainnya. Ini dapat meningkatkan daya tahan flash.
Wear leveling terbagi atas dua macam, yaitu Dynamic Wear Leveling dan Static Wear Leveling. Dalam Dynamic Wear Leveling, block yang mengandung data statis dibiarkan.
Penulisan dan penghapusan dilakukan untuk block data yang dinamis. Yang dimaksud data statis antara lain: data sistem operasi maupun aplikasi. Sedangkan data dinamis adalah data yang sering ditulis ulang, contohnya data user.


Gambar Dynamic Wear Leveling

Static wear leveling lebih efektif jika dibandingkan dengan dynamic wear leveling.
Metode ini melakukan pencarian block yang paling jarang digunakan, kemudian menuliskan data pada lokasi tersebut. Jika lokasi dalam kondisi kosong, penulisan dapat langsung dilakukan. Jika mengandung data statis, data statis tersebut dipindahkan ke block yang sering digunakan kemudian data baru akan dituliskan.


Gambar Static Wear Leveling

Untuk memaksimalkan performansi SSD, map logical ke physical disimpan sebagai pointer array dalam DRAM yang berkecepatan tinggi pada SSD controller. Secara algoritmis, hal ini juga disimpan dalam bagian metadata dari NAND flash tersebut. Hal ini dilakukan agar jika terjadi putusnya aliran listrik secara mendadak, map dapat dibuat ulang.

Melebihkan jumlah NAND
Performansi dan daya tahan NAND dapat ditingkatkan dengan melebihkan kapasitas NAND pada device. Untuk SSD high end, jumlah NAND dilebihkan hingga mencapai 25% dari kapasitas sebenarnya. Daya tahan SSD dapat ditingkatkan, karena jumlah penulisan dan penghapusan dapat dilakukan dalam page dan block yang lebih luas. Performansi SSD juga dapat ditingkatkan dengan penambahan ukuran buffer pada SSD controller untuk mengatur penulisan page dan penghapusan block tersebut.

Perbandingan antara Solid State Drive dan Hard Disk Drive
Teknologi SSD yang berkembang sangat pesat menyebabkan hard disk drive semakin tegeser. Solid state drive lebih disukai daripada disk drive tradisional karena beberapa alasan:

Gambar Perbandingan Kecepatan SSD MLC Samsung 128GB dengan HDD


Kecepatan
Hard disk drive harus berputar agar head bisa membaca sector pada platter, terkadang kita harus menunggu waktu ”spin up”. Setelah disk dalam kondisi berputar, head harus mencari posisi yang tepat dalam disk. Disk kemudian harus berputar sehingga data yang tepat dapat terbaca. Bila data tersebar pada beberapa tempat (fragmented) maka operasi ini akan diulangi hingga semua data telah dibaca atau ditulis. Meskipun setiap operasi hanya membutuhkan waktu sepersekian detik, jumlah total waktu yang diperlukan dapat cukup berpengaruh. Seringkali pembacaan dan penulisan hard disk menyebabkan bottleneck pada sistem.


Gambar Perbandingan Kecepatan SSD Hybrid Hard Drive Sony Vaio SZ

Karena informasi dalam solid state drive dapat diakses secara langsung (secara teknis waktu yang dibutuhkan seperti kecepatan cahaya) tidak ada latency untuk pemindahan data.
Latency adalah waktu tenggang antara permintaan data dengan dimulainya pemindahan data sesungguhnya. Sebagai contoh, rata-rata latency pada hard disk drive dapat dihitung dari kecepatan spindle, yaitu untuk separuh rotasi. Karena tidak ada hubungan antara spatial locality dan retrieval speed, tidak ada penurunan performansi saat data terfragmen.


Gambar Perbandingan Kecepatan SSD dengan HDD Sony Vaio TZ

Kecepatan penulisan untuk data yang terfragementasi menyebabkan cepatnya waktu start up aplikasi. Percobaaan yang dilakukan SanDisk menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk start up Windows Vista hanya 30 detik pada laptop dengan SSD SATA 5000 2.5".

Stabilitas
Karena tidak ada bagian yang bergerak, kemungkinan kerusakan mekanis menjadi kecil sekali. Debu juga tidak menjadi masalah karena solid state drive dapat dibuat kedap udara, tidak seperti disk drive yang membutuhkan saluran udara agar dapat berfungsi dengan baik. Bila SSD terjatuh juga kecil kemungkinannya merusak data. Tidak ada head sehingga kerusakan head pun dapat dihindari. Kecepatan dan kestabilan tentunya berkaitan erat dengan harga. SSD pada awal peluncurannya berkapasitas rendah, namun harganya sangat jauh bila dibandingkan dengan hard disk.

Tabel Tabel Perbandingan Umum antara SSD dengan HDD


Konsumsi listrik yang rendah
Kelemahan utama dari hard drive adalah jumlah daya listrik yang digunakan. Sebagian besar dari keseluruhan daya listrik yang diperlukan oleh hard drive digunakan untuk motor yang harus memutar disk. Agar hard drive bisa lebih cepat, maka kecepatan berputar dari disk harus ditingkatkan, hingga 10,000 rpm untuk hard drive dengan performansi yang tinggi. SSD menawarkan efisiensi daya yang lebih tinggi. Karena tidak adanya motor dan efisiensi dari IC flash, SSD menggunakan sepersekian dari daya yang dibutuhkan hard disk konvensional. Saat tidak bekerja, SSD menggunakan daya 95%2 lebih rendah dari daya yang dibutuhkan hard drive.
Saat aktif, SSD menghemat 50 - 83%3 daya. Penggunaan daya yang lebih rendah berarti panas yang dihasilkan di dalam chassis lebih rendah, sehingga suhu komponen-komponennya lebih rendah dan kebutuhan venilasi dalam chassis lebih rendah. Dan yang terpenting, dalam mobile computing, kebutuhan daya yang lebih rendah dapat memperbanjang umur baterai. Setiap SSD dapat menghemat hingga 21.9 Kilowatt-jam4 dari daya per tahun, sehingga SSD ramah lingkungan.


Gambar Konsumsi Daya dalam satuan Watt

Performansi
Hard drive dan teknologi flash memiliki karakteristik performansi yang sangat berbeda.
Lamanya waktu akses hard drive antara 10-20ms sangat lambat dibandingkan kecepatan flash yaitu 1 ms atau lebih cepat. Karena itu, SSD sangat unggul dibandingkan dengan hard drive untuk pembacaraan dan penulisan data kecil secara random.
Hard drive relatif cepat untuk transer data yang besar yang terletak dalam block yang berurutan. Tetapi SSD yang tercepat mampu melakukan pembacaan dan penulisan yang lebih cepat dibandingkan dengan hard drive yang tercepat. Keuntungan lainnya flash terhadap hard drive adalah tidak adanya waktu tunggu saat bangun dari sleep mode karena tidak ada komponen yang bergerak, tidak perlu ada pemutaran seperti hard drive konvensional.

Tabel Perbandingan Performansi SSD dengan HDD


Reliabilitas
Hard drive konvensional menggunakan disk magnetis yang berputar dan head magnetis yang berputar untuk membaca dan menulisa data dari dan ke disk. Arsitektur ini membutuhkan banyak bagian yang berputar di dalam drive, termasuk motor untuk memutar disk, disk yang berputar ini sendiri, motor untuk memindahkan head di atas disk, dan head magnetis untuk membaca atau menulis. Bagian yang bergerak rentan mengalami kerusakan dibandingkan dengan komponen yang solid.

Hard drive adalah komponen yang mudah rusak dalam komputer desktop. Dan kerusakan hard drive lebih serius pada komputer portable yang lebih mudah terbentur dan jatuh dibandingkan komputer desktop yang tidak berpindah-pindah. Jika tanpa sengaja sebuah laptop terjatuh dari meja, hard drive adalah yang pertama rusak. Bila hard drive rusak, sistem akan berhenti, dan data yang tersimpan dalam hard drive bisa hilang. Hard drive bukan cara yang aman untuk menyimpan data yang penting.
Solid state drive menyimpan data dalam IC memori yang disolder ke circuit board sehingga tidak ada bagian yang bergerak. Sehingga SSD memiliki tingkat reabilitas yang lebih tinggi dibandingkan hard drive. Kelebihan ini menyebabkan SSD menjadi media penyimpanan yang lebih dipilih karena aman. Toleransi suhu SSD berkisar antara -40°C hingga 85°C.

Perbandingan SSD dari Beberapa Vendor
Grafik di bawah ini membandingkan kecepatan antara model-model SSD saat ini dengan laptop drive yang canddih saat ini. Angka-angka performansi untuk SSD drive berdasarkan laporan pembuatnya, sedangkan performansi Hitachi 7K200's berdasarkan review dari Storage Review. Tidak seperti produsen lainnya, Hitachi tidak melaporkan performansi hard drivenya.


Gambar Konsumsi Daya dalam satuan Watt

Hitachi Travelstar 7K200 berbanding baik dengan generasi pertama SSD dari Samsung, tetapi generasi kedua, SATA-II, mengalahkan hard drive tradisional secara total. OCZ memasang harga $499 untuk drive 32GB dan $1,099 untuk 64GB. Harga ini akan menekan harga drive-drive lainnya yang performansinya dibawahnya. Saat kapasistas drive terus berkembang, dan kecepatan interface terus meningkat, produsen terus bersaing menghasilkan SSD yang terbaik.

Ringkasan Keuntungan dan Kekurangan Penggunaan SSD
Berikut adalah daftar keuntungan, diikuti dengan daftar kerugian penggunaan SSD, baik RAM maupun Flash:

Keuntungan
• Start-up yang lebih cepat, karena tidak memerlukan spin-up (perputaran) (RAM & Flash)
• Pada umumnya, kecepatan pembacaan dan akses secara acak yang lebih cepat. Hal ini disebabkan karena tidak adanya head untuk membaca/manulis untuk digerakan (RAM &
Flash)
• Latency time yang sangat rendah, karena seek-time SSD yang jauh lebih baik dibandingkan hard disk drive yang terbaik. Pada aplikasi-aplikasi dimana seek time hard disk adalah faktor yang membatasi, hal ini akan berdampak pada proses booting yang lebih cepat dan mempercepat start up aplikasi. (RAM & Flash)
• Penulisan yang sangat cepat (RAM, hampir sama cepatnya untuk Flash modern)
• Tidak berisik. Karena tidak adanya komponen yang bergerak menyebabkan SSD sama sekali tidak menimbulkan suara, kecuali, seperti pada kasus model high-end dan high-capacity, model-model semacam ini disertai dengan kipas pendingin. (RAM & Flash)
• Untuk SSD Flash dengan kapasitas yang rendah, konsumsi listrik dan panas yang dihasilkan relatif kecil. Meskipun SSD high-end dan SSD berbasis DRAM mungkin memiliki kebutuhan tenaga yang lebih besar. (Flash)
• Ketahanan mekanik yang tinggi, dimungkinkan karena rendahnya penggunaan komponen yang bergerak. (RAM & Flash)
• Kemampuan untuk menangani goncangan yang ekstrim, ketinggian, getaran dan temperatur yang ekstrim. Hal ini sekali lagi disebabkan karena tidak adanya komponen yang bergerak.
Hal ini menjadikan SSD berguna bagi laptop, komputer bergerak dan peralatan yang beroperasi pada kondisi ekstrim. (Flash)
• Range temperatur operasional yang besar. Hard dist biasa memiliki range temperatur operasional antara 5-55 derajat celcius. Kebanyakan flash drive dapat beroperasi hingga 70 derajat, dan beberapa drive untuk keperluan industri dapat bekerja pada temperatur yang lebih tinggi.
• Kinerja pembacaan yang stabil. Tidak seperti hard disk drive, kinerja SSD nyaris konstan dan dapat ditentukan pada keseluruhan media penyimpanan. Hal ini disebabkan karena seek time yang hampir konstan dan tidak tergantung pada lokasi fisik dari data, dan karenanya, fragmentasi file hampir tidak memiliki efek pada kinerja pembacaan.
• Untuk SSD dengan kapasitas rendah, berat dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan hard disk. SSD dapat digunakan untuk menyimpan hingga kapasitas 20 GB pada sebuah CompactFlash dengan ukuran 42.8x36.4x5mm. SSD hingga 256 GB lebih ringan dibandingkan hard drive dengan kapasistas yang sama.
• Ketika kegagalan terjadi, umumnya kegagalan yang terjadi adalah pada waktu penulisan atau penghapusan, tidak pada saat pembacaan. Dengan menggunakan HDD tradisional, kegagalan cenderung terjadi pada saat pembacaan. Jika drive mendeteksi kegagalan pada saat menulis, data dapat ditulis pada cell yang baru tanpa harus kehilangan data. Jika drive mengalami kegagalan pada saat membaca, maka pada umumnya data akan hilang selamanya.

Kelemahan
• Biaya – pada pertengahan 2008, harga SSD masih lebih mahal per gigabytenya dibandingkan dengan hard drive konvensional. SSD dengan grade standar (untuk konsumen biasa) pada umumnya berkisar antara 2 hingga 3.5 USD per GB untuk flash drive dan melebihi 80 USD untuk SSD berbasis RAM. Hal ini jauh diatas hard drive konvensional yang berkisar dibawah 0.15 USD.
• Kapasitas, pada saat ini jauh dibawah hard drive konvensional (kapasitas flash SSD diprediksi akan meningkat secara cepat, dengan drive eksperimen mencapai 1 TB)
• SSD berbasis DRAM memiliki kerentanan yang lebih besar terhadap listrik yang mati tiba-tiba
• Kemampuan tulis (hapus) yang terbatas – cell cell flash-memory akan aus setelah 1.000 hingga 10.000 penulisan untuk MLS dan hingga 100.000 penulisan untuk SLC. Meskipun cell-cell dengan daya tahan tinggi dapat tahan hingga 1-5 juta penulisan (kebanyakan log file, file allocation table dan bagian-bagian yang sering digunakan pada file system melebihi jumlah ini pada masa hidup komputer). File system khusu atau desain firmware dapat memitigasi masalah ini dengan menyebar penulisan ke seluruh device (disebut dengan wead leveling). SSD berbasis DRAM tidak mengalami permasalahan dengan batasan penulisan ini.
• Kecepatan penulisan yang lebih lambat. Karena erase block dan sebuah SSD berbasis flash umumnya cukup besar (0,5 – 1 megabyte), hal ini akan menyebahkan kecepatan penulisan acak yang lebih lambat dibandingkan hard disk konvensional dan karenanya rentan terhadap fragmentasi penulisan. SSD berbasis DRAM tidak mengalami permasalahan ini.
• Kepadatan penyimpanan yang lebih rendah. Hard disk dapat menyimpan lebih banyak data per unit volume dibandingkan DRAM adalah Flash SSD, kecuali untuk kapasitas yang sangat kecil atau perangkat kecil.
• Konsusmsi listrik yang lebih besar pada saat idle atau pada saat workload rendah. Runtime dari baterai laptop akan berkuran dengan menggunakan sebuah SSD dibandingkan menggunakan 7200 RPM 2,5’’ hard disk laptop. Flash drive juga menggunakan lebih banyak tenaga per gigabyte.
• SSD berbasis RAM memerlukan tenaga yang lebih besar dibandingkan hard disk, baik ketika beroperasi maupun ketika dimatikan.

Komersialisasi SSD
Biaya dan kapasitas
Hingga beberapa waktu yang lalu, solid-state drive terlalu mahal untuk mobile computing.
Seiring dengan transisi oleh pabrik flash dari NOR flash ke single-level cell (SLC) NAND flash dan yang paling baru multi-level cell (MLC) NAND flash untuk memaksimumkan penggunaan silicon dan mengurangi biaya yang digunakan, “solis-state disk” sekarang dinamai secara lebih akurat menjadi “solid-state drive” – SSD tidak memiliki disk, namun berfungsi sebagai drive – untuk mobile computing dan elektronik.
Tren teknologi ini, disertai dengan penurunan sebesar 50% pertahun untuk bahan mentah flash, sementara kapasitas terus berlipat dengan kecepatan yang sama. Sebagai hasilnya, solid state drive berbasis flash menjadi semakin populer di pasar notebook PC dan sub-notebooks untuk perusahaan, Ultra0Mobile PC (UMPC), dan Tablet PC untuk sektor kesehatan dan elektronik untuk konsumen. Perusahaan-perusahaan PC besar mulai menawarkan teknologi ini.

Ketersediaan
Meskipun teknologi solid-state drive (SSD) telah dipasarkan ke militer dan pasar industri niche sejak pertengahan 1990-an, hanya baru-baru ini sektor perusahaan telah memperhatikan keuntungan yang dapat ditawarkan SSD, seiring dengan teknologi kunci dari SSD muncul, harga yang turun.



Bersamaan dengan pasar perusahaan yang mulai muncul, SSD telah muncul pada ultramobile PC dan beberapa laptop dengan berat yang ringan, dengan menambahkan 600-1000 USD untuk SSD, bergantung dari kapasitas, ukuran fisik dan kecepatan transfer. Hanya segelintir perusahaan yang menawarkan SSD drive dengan ukuran besar (128 GB atau lebij) dengan kecepatan penulisan yang cukup cepat untuk menggantikan drive tradisional, dan drive-drive ini hanya tersedia dalam jumlah yang terbatas dan sangat mahal. Beberapa pabrikan sudah mulai menghasilkan SSD yang lebih terjangkau, cepat, dan efisien dalam penggunaan energy yang dihargai sekitar 350USD pada pabrikan komputer. Untuk aplikasi low-end, sebuah USB memory stick dapat digunakan sebagai hard drive Flash dengan harga sekitar 10-100 USD, tergantung kapasitas.
Salah satu mainstream pertama dari peluncuran SSD adalan XO Laptop yang dibuat untuk proyek ‘One Laptop Per Child’. Produksi masal dari komputer yang dibuat untuk anak35 anak di negara berkembang ini dimulai pada Desember 2007. Asus meluncurkan Eee PC subnotebook pada 16 Oktober 2007, dan setelah sukses pada 2007, akan mengapalkan beberapa juta PC pada 2008 dengan 2, 4 atau 8 gigabyte flash memory. Pada 31 January 2008 Apple Inc meluncurkan MacBook Air, sebuah laptop tipis dengan 64 GB SSD. Laptop Apple dengan SSD ini lebih mahal 999 USD dibandingkan MacBook Air dengan hard drive konvensional.(http://subari.blogspot.com)

Video:




Referensi:
www.supertalent.com