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Wie sich Haupt- und Massenspeicher unterscheiden
Um eine Verwechslung zwischen Haupt- und Massenspeicher – Memory und Storage – zu vermeiden und sie richtig einzusetzen, müssen Admins die wichtigsten Unterschiede kennen.
Interner Speicherplatz eines Systems wird in der Regel von Memory (Hauptspeicher, Arbeitsspeicher, Primärspeicher) und Storage (Speicher, Sekundärspeicher, Massenspeicher) bereitgestellt. Das Memory speichert die Anwendungsdaten für die Verarbeitung, während Speicherlaufwerke (Drives) Daten länger vorhalten. Dieser Speicher wird auch als Massenspeicher bezeichnet, da sie in der Regel eine große Menge an Daten vorhalten, oft im Tera- oder Petabyte-Bereich.
Ältere Storage-Systeme nutzen Festplatten für die Datenaufbewahrung oder das Backup, mittlerweile werden hier auch Flash-basierte SSDs eingesetzt, entweder als All-Flash- oder hybrides System. Memory, auch RAM genannt, bietet eine höhere Leistung als Festplatten oder SSDs, kann aber nicht so große Datenmengen vorhalten und ist meist teurer.
Es gibt verschiedene Verfahren, bei denen die Grenze zwischen Memory und Storage verwischt, beispielsweise Paging(Swap Space). Dabei wird ein Teil des Sekundärspeichers für Aufgaben bereitsgestellt, die normalerweise vom Memory abgearbeitet werden. So kann das Betriebssystem Anwendungen und Daten vom aktiven Arbeitsspeicher in das Storage auslagern. Damit wird das Speicherlaufwerk als aktiver Primärspeicher genutzt. Dieser ist zwar langsamer als das Memory, generiert aber einen größeren Memory-Bereich, wenn die Anwendung mehr Leistung benötigen. In der Regel erfolgt eine solche Erweiterung in einer 1:2-Ratio: das Storage stellt das Doppelte der Memory-Kapazität als zusätzliches virtuelles Memory zur Verfügung.
Memory erklärt
RAM ist die Hardware für das Memory eines Rechners. Hier werden Betriebssystem, Anwendungen und Daten für die Verarbeitungen vorgehalten. Diese Daten werden beim Starten des Systems in das RAM geladen. Wird der Rechner abgeschaltet oder erleidet einen Stromausfall, verschiebt das System die Daten vom Memory in den Sekundärspeicher.
Somit lässt sich RAM auch als Kurzzeitspeicher eines Computers ansehen. Allerdings bietet RAM eine höhere Performance als Massenspeicher und kann somit schneller beschrieben und ausgelesen werden. Für längere Vorhaltezeiten kommen Medien wie Festplatten, SSDs oder Tapes zum Einsatz. CPUs benötigen den Hauptspeicher, von dem sie Daten und Anwendungen schnell abrufen.
Der RAM eines Computers besteht aus Mikrochips, die in Form von Memory-Modulen organisiert sind. Diese Module werden in die Hauptplatine des Computers eingesetzt und über einen Bus mit der CPU verbunden. Im Vergleich zur Speichermenge ist die Menge an RAM in einem Computer normalerweise relativ klein. Wenn der Computer seinen gesamten verfügbaren Hauptspeicher aufgebraucht hat, muss der Prozessor alte Daten aus dem RAM zurück in den Speicher kopieren und durch neue Daten ersetzen. Dieser Vorgang führt zu einer Verlangsamung des Computerbetriebs. Die meisten Rechner sind jedoch mit zusätzlichen Steckplätzen ausgestattet, die es ermöglichen, mehr RAM hinzuzufügen, um dieses Problem zu lösen.
Der Primärspeicher eines Computers besteht in der Regel aus dynamischen RAM (DRAM)-Modulen. Darüber hinaus verfügen Computer über Cache-Speicher, der für die Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung verwendet wird. Dieser Cache besteht aus leistungsstärkeren statischen RAM (SRAM)-Modulen, die schneller als DRAM sind. Häufig verwendete Befehle und Daten für Hochleistungsoperationen werden in den Cache-Speicher verschoben, der physisch näher an der CPU positioniert ist als der DRAM. Dadurch kann der Prozessor schneller auf Befehls- und Datendateien im SRAM zugreifen, als wenn sich diese im Primärspeicher befänden. Der Cache-Speicher ist zwischen 10 und 100 Mal schneller als der RAM-Speicher und benötigt nur wenige Nanosekunden, um auf eine Anforderung der CPU zu reagieren.
Ein Computersystem umfasst auch einen Nur-Lese-Hauptspeicher (Read-Only Memory, ROM), in dem Dateien wie System-Firmware oder BIOS-Programme gespeichert sind, die nur gelesen werden können. Die Informationen in diesem Speicher können im Rahmen eines Prozesses namens Flashing aktualisiert werden; ansonsten können sie vom Computersystem nur gelesen und nicht beschrieben werden. Weitere Arten von Hauptspeicher dienen als Speicherlaufwerke für verschiedene Dateiformate, darunter MP3-Dateien, Bilder sowie Präsentationen und andere Daten. Zu diesen Formaten gehören USB-Flash-Laufwerke, CompactFlash-Karten oder Memory Sticks.
Storage erklärt
Storage bezieht sich auf die Art und Weise, wie Daten in einem Computer gespeichert werden. Wenn ein Computer ausschließlich über RAM verfügen würde, müssten die Benutzer bei jedem Einloggen alle Daten und Anwendungen, die sie nutzen möchten, neu eingeben. Speicher ermöglicht es Computern jedoch, Daten, Anwendungen, Dokumente und andere Materialien unbegrenzt zu speichern. Diese Informationen bleiben erhalten, selbst wenn die Stromversorgung unterbrochen wird oder der Computer zurückgesetzt wird. Der Begriff Computerspeicher umfasst sowohl die gespeicherten Daten als auch die Hardware und Software, die zur Erfassung, Verwaltung und Priorisierung dieser Daten verwendet wird.
In der Regel besteht der Speicher eines Computers aus einem Speichergerät wie einer SSD (Solid State Drive) oder einer HDD (Hard Disk Drive). Festplatten speichern Daten auf magnetisch drehenden Platten, während SSDs Daten auf Flash-Speicherchips ablegen. Diese Speichergeräte bieten nichtflüchtigen Speicher, was bedeutet, dass sie Daten auch ohne Stromversorgung und im ausgeschalteten Zustand des Computers speichern können.
Im Allgemeinen ist der Speicher langsamer als RAM, wobei HDDs langsamer sind als Flash-basierte SSDs. Anders als RAM ist der Speicher nicht direkt mit der CPU verbunden. Die Schnittstelle, die den Speicher mit der CPU verbindet, hat ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit des Speichers. Die SATA-Schnittstelle ist seit vielen Jahren die Standardschnittstelle für SSDs und HDDs. In den letzten zehn Jahren hat sich dies jedoch mit dem Aufkommen der NVMe-Technologie verändert. NVMe ist speziell für NAND-Flash optimiert und verwendet eine PCIe-Schnittstelle zur Verbindung von Flash-Speicher und CPU. NVMe-Laufwerke reduzieren die Latenzzeit und bieten höhere IOPS (Input/Output Operations Per Second). Laufwerke mit einer PCIe 3.0-Verbindung erreichen Schreibgeschwindigkeiten, die mehr als sieben Mal schneller sind als die von SATA-Laufwerken. Neben der Geschwindigkeit bieten NVMe-SSDs auch Vorteile wie skalierbare Leistung und Energieeffizienz.
Da die Preise für das in SSDs verwendete Flash-Memory gesunken sind, haben sich Solid-State-Laufwerke zur bevorzugten Wahl für primären Massenspeicher entwickelt. Dennoch haben HDDs nach wie vor Preisvorteile und bleiben eine beliebte Wahl für Sekundärspeicher. Es wird erwartet, dass Festplatten mit hoher Kapazität, die auf Technologien wie SMR (Shingled Magnetic Recording), HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) und MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording) basieren, in den Jahren 2020 oder 2021 auf den Markt kommen werden. Diese Entwicklungen werden durch Multi-Aktuator-Laufwerke unterstützt, die dazu beitragen werden, dass HDDs weiterhin relevant bleiben.
Zusätzlich gibt es andere Arten von externem Speicher, wie optischen Speicher, der Daten mithilfe eines Lasers schreibt und liest, sowie Bandspeicher. Diese Formen des Speichers werden meist für langfristige Datenspeicherung oder Archivierung verwendet. Zu den optischen Speichern zählen Blu-ray-Discs, CD-ROMs und DVDs.
Das Band (Tape) stellt eine Form der magnetischen Speicherung dar, die einst die gebräuchlichste Methode zur Datensicherung war. Aufgrund ihrer Leistung und Benutzerfreundlichkeit haben HDDs und sogar SSDs jedoch an Bedeutung gewonnen und sind zur bevorzugten Wahl für Datensicherungen geworden. Dennoch bleiben Bänder aufgrund ihrer niedrigen Kosten, hohen Kapazität und langfristigen Haltbarkeit weiterhin beliebt für Archivierungszwecke.
