Speicher

1. Wichtige Grössen

Es gibt drei wichtige Kenngrössen für Speicher: 

• die Speicherkapazität. Die Menge, die ein Speicher maximal aufnehmen kann. Wird in Byte angegeben. 

• die Zugriffszeit. Die Zeit, die benötigt wird, um eine Dateneinheit aus dem Speicher auszulesen. Die Zugriffszeit für das Speichern von Daten ist oft grösser als die Zugriffszeit für das Laden. 

• die Datenübertragungsrate. Das ist die Datenmenge, die innerhalb einer bestimmten Zeit geladen oder gespeichert werden kann. Die Übertragungsrate wird in Byte pro Sekunde angegeben. 

2. Arbeitsspeicher (RAM)

RAM = Random-Access Memory ("Speicher mit wahlfreiem/direktem Zugriff"), ist der Datenspeicher, der besonders bei Computern als Arbeitsspeicher Verwendung findet. Er enthält die gerade auszuführenden Programme oder Programmteile und die dabei benötigten Daten. 

Da der Prozessor unmittelbar auf den Arbeitsspeicher zugreift, beeinflussen dessen Leistungsfähigkeit und Grösse in wesentlichem Masse die Leistungsfähigkeit der gesamten Rechenanlage. 

Der Arbeitsspeicher wird durch 

• die Zugriffszeit und die damit verbundene Datenübertragungsrate 

• sowie die Speicherkapazität 

charakterisiert. Da der Prozessor direkt auf die Daten im RAM zugreifen sollte, sollte dieser eine möglichst kleine Zugriffszeit haben. 

Der Arbeitsspeicher ist flüchtig. Das bedeutet, dass die Daten verloren gehen, sobald der Speicher nicht mehr mit Strom versorgt wird. 

2. Festplatte (SSD) 

SSD = Solid State Disk, ist ein nichtflüchtiger Datenspeicher. SSDs haben keine beweglichen Teile und sind daher unempfindlich gegen Stösse, Erschütterungen und Vibrationen. Sie hat eine kurze Zugriffszeit und arbeitet geräuschlos. Eine SSD verwendet einen Prozessor (Controller) zum Lesen und Schreiben von Daten. Dieser ist auch für das Speichern, Wiederherstellen, Zwischenspeichern und Aufräumen der Daten zuständig. Nachteile von SSDs sind nach wie vor der Preis, sie werden zwar immer günstiger, aber sind z.B. immer noch teurer als HDD's (siehe zu HDD's die untenstehenden Fragen).  

3. speicherhierarchie 

In der Informatik bezeichnet Speicherhierarchie die Anordnung von Speichern in einer Rechenarchitektur aus Sicht des Hauptprozessors, geordnet nach sinkender Zugriffsgeschwindigkeit, sinkenden Kosten, steigender Speicherkapazität und steigender Zugriffseinheit. 

Ein (utopischer) idealer Speicher wäre extrem kostengünstig, unendlich groß, würde keine Zugriffszeit benötigen und würde seinen Inhalt auch dann nicht verlieren, wenn kein Strom anliegt (Nichtflüchtiger Speicher). Stände solch ein Speicher zur Verfügung, wäre die Speicherverwaltung trivial. In der Realität sind schnelle Speicher jedoch um Größenordnungen teurer als langsamere Speicher, zudem sind sie meist volatil. Aus diesem Grund wird versucht, einen Kompromiss aus Geschwindigkeit, Kosten und Persistenz zu finden, indem der Speicher in einer Speicherhierarchie angelegt und versucht wird, durch geschickte Speicherverwaltung die Vorteile der verschiedenen Komponenten zu nutzen und dabei gleichzeitig deren Nachteile zu umschiffen.

Eine auf vielen heutigen Computern eingesetzte Speicherhierarchie ist (siehe Wikipedia) : 

1. Prozessorregister, Größenordnung: Byte-Kilobyte, Zugriffszeit i. d. R. mit Prozessortakt (genauso schnell wie CPU)

2. Prozessorcaches, Größenordnung: Kilobyte-Megabyte, Zugriffszeit: etwa einige Dutzend Taktzyklen (abhängig vom Level)

3. Arbeitsspeicher, Größenordnung: Megabyte–Gigabyte, Zugriffszeit: hunderte Taktzyklen (heute fast ausschließlich DRAM, z. B. EDO-RAM, SDRAM, DDR-SDRAM), Zugriffseinheit Cacheline

4. Massenspeicher, Größenordnung: Gigabyte–Terabyte, Zugriffszeit: Millionen Taktzyklen (z. B. Festplatte, Solid State Drive), Zugriffseinheit Block

5. Wechseldatenträger, Größenordnung: Gigabyte–Terabyte, Zugriffszeit: Millisekunden bis mehrere Minuten, aber günstiger als Massenspeicher (z. B. DVD, CD, USB-Stick, Disketten, Magnetband)

6. Cloudspeicher

Dabei sind Punkte 1-3 flüchtige Speicherträger, 4-6 persistente Speicherträger. ⚠️ Faustregel: Je näher der Speicher beim Prozessor ist, desto schneller muss er sein.