PCs sind komplexe Maschinen, die aus vielen kleineren Komponenten bestehen, die alle zusammenarbeiten. Jeder, der schon einmal mit PC-Hardware gearbeitet hat, kennt die wichtigsten Spezifikationen von Laufwerken, wie zum Beispiel die Kapazität, die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten sowie die Drehgeschwindigkeiten der Platten bei Festplattenlaufwerken. Es gibt jedoch ein weniger bekanntes und oft übersehenes Merkmal, das die Geschwindigkeit und Leistung Ihrer Speicherlaufwerke beeinflusst. Dieses Merkmal wird als Random Access Memory (RAM) oder Cache für Festplattenlaufwerke (HDDs) und als dynamisches Random Access Memory für Solid-State-Laufwerke (SSDs) bezeichnet. Lassen Sie uns einen kurzen Blick darauf werfen, was der HDD und SSD Cache ist und wie er funktioniert.
Was ist der Cache von Festplatten?
Der Cache einer Festplatte wird oft als Disk-Puffer bezeichnet. Dieser Name macht seine Funktion etwas klarer. Er dient als temporärer Speicherplatz, während die Festplatte Daten auf den permanenten Speicher auf den Platten liest und schreibt.
Sie können sich den Cache einer Festplatte wie RAM vorstellen, der speziell für die Festplatte entwickelt wurde. Festplatten verfügen über eingebaute Mikrocontroller, die die ein- und ausgehenden Daten steuern und verarbeiten, ähnlich wie eine CPU. Der RAM der HDD arbeitet zusammen mit dem Mikrocontroller, um die Daten zu speichern, während sie verarbeitet werden.
Außerdem können Sie sich den Cache einer Festplatte wie einen Puffer beim Streaming von Inhalten vorstellen. Jeder hat schon einmal ein Video über eine langsame Internetverbindung gestreamt. Der Video-Player wartet vor oder während der Wiedergabe, um Daten zu sammeln, damit das Video flüssiger abgespielt werden kann. Der Cache der Festplatte ermöglicht es, dass die Festplatte dasselbe tut, wenn sie Daten liest und schreibt.
Wie funktioniert der HDD-Cache?
Wenn die HDD Daten liest und schreibt, bezieht sie diese von den Platten. Oft arbeitet die HDD mit denselben Daten, da der Benutzer in der Regel an ein oder zwei Aufgaben gleichzeitig arbeitet. Die HDD speichert die Daten in ihrem Cache, die Sie oder Ihre Programme am häufigsten und zuletzt verwendet haben. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Daten jedes Mal von den Platten abzurufen, wenn sie benötigt werden, was die Leistung des Laufwerks beschleunigt.
HDDs: Vor- und Rückwärtslesen
Typischerweise nimmt eine Festplatte nicht nur die benötigten Daten auf, sondern liest auch die umliegenden Daten. Festplatten sind nicht besonders effizient. Die sich drehenden Platten und die Lese-/Schreibköpfe sind durch die physisch beweglichen Teile begrenzt, was sie langsamer macht als SSDs, die keine beweglichen Komponenten haben. Daher versuchen Festplatten, dies durch Vorhersagen auszugleichen.
Wenn ein Benutzer oder ein Programm Daten anfordert (das erinnert mich an Tron), liest die Festplatte diese Daten sowie die umliegenden Daten von der Platte und speichert alles im Puffer. Da die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die umgebenden Daten ähnlich sind, geht die Festplatte davon aus, dass der Benutzer oder der Prozess auch bald die umliegenden Daten anfordern wird.
HDDs: Datenfluss ausgleichen
Es gibt viele Schritte, um Daten von einer Festplatte abzurufen. Jeder dieser Schritte benötigt Zeit, und sie synchronisieren sich selten. Der Datenübertrag von der Festplatte über SATA erfolgt normalerweise schneller, als die HDD Daten auf die Platten lesen und schreiben kann. Der Disk-Puffer wird häufig verwendet, um diesen Datenfluss auszugleichen und den Prozess reibungsloser zu gestalten.
HDDs: Wartezeiten beim Schreiben minimieren
Festplatten sind langsam. Sie sind wahrscheinlich der zeitaufwändigste Teil eines jeden Computers aufgrund ihrer beweglichen Teile. Das Schreiben von Daten kann für den Benutzer „schmerzhaft“ sein.
HDDs: Der Zweck des Caches
Der HDD-Cache (RAM) hilft, den Schreibprozess zu beschleunigen, indem er den Rest des Computers virtuell täuscht. Eine Festplatte nimmt Daten in ihren Cache auf und beginnt, sie zu schreiben. Anstatt zu warten, bis alle Daten auf die Platten geschrieben sind, signalisiert die HDD dem Computer, dass sie dies getan hat. Der PC oder Mac kann dann entweder weiterhin weitere Daten senden oder zu anderen Aufgaben übergehen, in dem Glauben, dass der Prozess abgeschlossen ist. So oder so ermöglicht es dem Computer, zum nächsten Ereignis überzugehen.
Es gibt jedoch einen Nachteil beim Caching von Daten. Während die Festplatte versucht, ihr Versprechen einzuhalten, die Daten zu schreiben, kann sie diese verlieren. Wenn der Computer plötzlich abgeschaltet wird, verschwinden alle im Cache gespeicherten Daten. RAM/Cache ist flüchtiger Speicher.
HDDs beschleunigen
Ein höherer HDD-RAM (Cache) bedeutet nicht direkt eine schnellere Laufwerksleistung bei einzelnen Aufgaben. Es macht das Laufwerk nicht schneller. Ein Disk-Puffer ermöglicht es jedoch einem Festplattentreiber, viel effizienter zu multitasken, was oft erforderlich ist.
Es ist selten, dass ein Laufwerk nur eine Aufgabe ausführt oder nur mit einem Prozess gleichzeitig interagiert. Festplattenbasierte Laufwerke sind nach wie vor bekannte Speichergeräte in modernen PCs. Allerdings ersetzen SSDs diese HDDs allmählich. Selbst bei einer einzelnen Aufgabe müssen möglicherweise mehrere Programme gleichzeitig auf den Speicher des Laufwerks zugreifen. Sie arbeiten möglicherweise mit zwei oder mehr Dateien, führen Hintergrundaufgaben aus oder erhalten sogar Updates.
Server sind ein weiterer Bereich, in dem es entscheidend ist, etwas RAM in Festplatten zu haben. Server-HDDs führen immer mehrere Aufgaben gleichzeitig aus. Denken Sie an eine Datenbank hinter einer Website. Jedes Mal, wenn ein Benutzer eine Aktion ausführt, die die Website speichern oder protokollieren muss, greift die Website auf die Informationen zu und schreibt sie in die Datenbank. Jedes Mal, wenn jemand diese Website ansieht, wird aus der Datenbank gelesen. Es wäre selten, dass die Laufwerke, die diese Datenbank speichern, nicht mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen.
Was ist der Cache in SSDs?
SSDs sind nicht so langsam wie physische Festplatten, brauchen sie also auch einen Cache? Kurz gesagt, ja. Während RAM in Festplatten sich wie RAM im PC oder in der grafischen Verarbeitungseinheit (GPU) verhält, dient der Cache in Solid-State-Laufwerken als DRAM. Er ist viel schneller und hält mit den SSDs Schritt.
Obwohl SSDs viel schneller sind als ihre plattenbasierten Pendants, bietet der Cache dennoch Vorteile. Solid-State-Laufwerke verwenden ihn weiterhin, um Eingabe/Ausgabe zu regulieren und schnelleren Lese- und Schreibzugriff bereitzustellen. Einige SSDs haben jedoch kein eingebautes DRAM. Dies spart Energie, zwingt die Laufwerke jedoch, auf andere Weise auszugleichen.
Ein weiterer Punkt ist, dass SSDs in Batches und nicht in Sektoren schreiben, sodass sie Gruppen von Daten laden, diese aus dem Cache hinzufügen und dann zurücklegen müssen, bevor sie zur nächsten Gruppe von Daten übergehen. Aus diesem Grund ist der DRAM-Cache von Vorteil.
Insgesamt ist der Cache auch bei SSDs wichtig. Er ist nicht so entscheidend wie die primären Laufwerkspezifikationen, aber Sie sollten ihn in Betracht ziehen. Wenn Ihre HDD multitasking-fähig ist oder kontinuierlich läuft, wie bei einem Server, zur Entwicklung oder sogar beim Spielen, suchen Sie nach größeren RAM-Größen. Damit werden Sie die größten Vorteile erzielen. Heimanwender, die nach einem Speicherlaufwerk für gelegentliche Nutzung suchen, müssen sich nicht so sehr darum kümmern, obwohl mehrere Tabs in einem Browser neben einem YouTube-Video und zwei Tabellenkalkulationen, während gleichzeitig Updates empfangen werden, die Dinge verlangsamen können. Bei SSDs sind die Verhältnisse etwas unklarer, aber es ist dennoch sinnvoll, DRAM in Ihren Entscheidungsprozess einzubeziehen. Andere Faktoren können jedoch leicht überwiegen.
