Die verschiedenen Arten von Computerspeicher und -speicherung erklärt

Das erste iPhone wurde 2007 auf den Markt gebracht und hatte 4 GB bis 8 GB Speicherplatz – wo alle Dateien wie Fotos und Musik aufbewahrt wurden. Heutzutage können Sie ein Android-Smartphone mit 512 GB Speicherplatz kaufen, 64-mal mehr als das ursprüngliche iPhone.

In der Technik sind 16 Jahre Jahrhunderte. Aber das ist nicht die ganze Geschichte. Arbeits- und Speicher dienen beispielsweise ähnlichen Funktionen – dem Unterbringen von Bits und Bytes – funktionieren aber anders.

Was ist der Unterschied zwischen Arbeitsspeicher, Speicher und Cache?

Die Leute verwenden "Speicher" und "Speicher" als Synonyme. Es macht Sinn, ist aber trotzdem falsch. Die Ähnlichkeit ist klar; beide enthalten Daten und werden in Bytes gemessen, aber die Verwendung ist unterschiedlich.

Die Lagerung ist auf langfristige, gut... Lagerung. Akten werden dort ungestört aufbewahrt, bis sie benötigt werden. Beim Speicher (Random Access Memory – RAM) dreht sich alles um die Daten, auf die Computer schnell zugreifen müssen. Beispielsweise werden verwendete Dateien, Daten zu geöffneten Apps und wichtige Betriebssystemdateien im Systemspeicher gespeichert. Das liegt daran, dass der Arbeitsspeicher schneller ist als der Speicher. Leider ist es auch teurer, daher sind die RAM-Kapazitäten kleiner als der Speicher.

Aber wir überholen uns. Lassen Sie uns jeden im Detail erklären.

CPU-Cache-Speicher

RAM steht für Random Access Memory. Wie oben erläutert, werden hier Daten gespeichert, damit sie leicht zugänglich sind.

Der Cache-Speicher wurde jedoch in den 1980er Jahren entwickelt, weil der Speicher damals nicht schnell genug war. Cache-Speicher funktioniert ähnlich wie RAM, ist aber schneller. Es steht an der Spitze der Geschwindigkeitscharts und ist direkt in die Zentraleinheit (CPU) integriert, um die herum Ihr Computer aufgebaut ist.

Der Cache ist blitzschnell, kostet aber sogar mehr als RAM. Das zeigen seine winzigen Kapazitäten. Beispielsweise haben die meisten Computer heutzutage etwa 8-32 GB RAM. Im Gegensatz, Der schnellste Cache, L1, hat normalerweise Kilobyte Speicherplatz, während der L3-Cache (der größte) mit einigen Dutzend Megabyte aufgefüllt wird (obwohl einige CPUs jetzt L3-Caches haben, die Hunderte von Megabyte messen).

Direktzugriffsspeicher (RAM)

Eine gespeicherte Datei wird beim Öffnen in den RAM kopiert. Dort werden auch aktuell laufende Apps und Teile des Betriebssystems gehalten. RAM wurde Ende der 1940er Jahre entwickelt und ermöglichte das Speichern und Abrufen von Daten in beliebiger Reihenfolge - daher der "zufällige" Name. RAM ist "flüchtiger Speicher". Sein Inhalt wird gelöscht, wenn das Gerät ausgeschaltet wird und der Strom aufhört zu fließen.

Es gibt auch viele Arten von RAM.

SDRAM

Computer verwenden seit den 1990er Jahren Synchronous Dynamic RAM (SDRAM). Das meint jemand, wenn er sagt: "Dieser Computer hat 16 GB RAM".

Viele Geräte verwenden jetzt DDR5-RAM (Speicher mit doppelter Datenrate der 5. Generation – die neueste Version zum Zeitpunkt des Schreibens) als SDRAM. Es ist jedoch immer noch teuer, sodass DDR4 Mainstream bleibt. Sie finden sogar ältere DDR3-Module in älteren Computern und Telefonen.

Speichermodule sind in zwei Größen erhältlich: DIMM für Desktops und SODIMM für Laptops und kleine Computer. Vor kurzem wurde ein neuer Formfaktor, CAMM, für Laptops vorgeschlagen. CAMM hat Vorteile gegenüber SODIMM ist aber noch kein weit verbreiteter Standard.

Nun gibt es typischerweise zwei Arten von SDRAM: Module oder gelötete. Formfaktoren unterscheiden sich, aber sie funktionieren gleich.

Gelöteter RAM wird in Smartphones, Tablets und einigen Laptops verwendet. Moderne Apple-Computer werden ebenfalls verwendet gelöteter RAM, da dies die Leistung verbessern kann. Laptops mit gelötetem RAM haben möglicherweise einen oder mehrere Speichersteckplätze für zukünftige Erweiterungen, aber das ist oft nicht der Fall. Computer, die nur gelöteten RAM verwenden, können nicht aufgerüstet werden. Sie können normalerweise während des Kaufs angepasst werden, aber Sie können sie später nicht erweitern.

Video-RAM (VRAM)

Manchmal erfordern Daten höhere Geschwindigkeiten als SDRAM, aber es geht um mehr als um die Cache-Kapazität. Das häufigste Beispiel sind grafikintensive Aufgaben – anspruchsvolle Spiele, Videobearbeitung oder 3D-Modellierung.

Diese benötigen den treffend benannten Video-RAM (VRAM). GDDR6X, der derzeit schnellste Typ, übertrifft die Geschwindigkeit von DDR5 um das 20-fache. Es ist auch in die GPU gelötet, was für eine geringere Latenz sorgt. Leider kann man nicht einfach mehr VRAM kaufen, da es aufgelötet ist diskrete Grafikkarten, nicht als Module verkauft.

Integrierte GPUs (iGPUs) sind ebenfalls üblich. Sie sind in die CPU integriert und verfügen über eine winzige Menge an dediziertem VRAM (Megabyte gegenüber Gigabyte für eine dedizierte GPU). Integrierte GPUs verwenden einheitlichen Speicher, bei dem es sich um SDRAM handelt, das von CPU und iGPU gemeinsam genutzt wird. Die CPU definiert, wie viel RAM für Grafiken verfügbar ist, und nimmt bei Bedarf etwas davon zurück. Die Nachteile von Unified Memory sind geringere Bandbreite und Kapazität.

Nichtflüchtiger RAM (NVRAM)

Wir sagten, RAM ist flüchtig, richtig? Aber es gibt eine falsche Bezeichnung: Non-Volatile RAM (NVRAM). Es wurde in den 1960er Jahren entwickelt und hat im Vergleich zu flüchtigem RAM Nachteile, sodass letzteres beliebter ist.

Ein neuer "erfolgreicher" NVRAM war Optane von Intel und Micron. Optane sah aus wie eine schnellere PCIe-SSD – und funktionierte manchmal auch so – und fungierte als RAM mit bestimmten Intel-CPUs. Es war nicht so schnell wie SDRAM, wobei Preis und Kapazität ebenfalls dazwischen lagen. Die Hersteller haben Optane im Jahr 2021 eingestellt.

Es gibt zwei – vielleicht anderthalb – sehr spezifische Arten von NVRAM, die weit verbreitet sind. Der erste wird mit verwendet UEFI in modernen Mainboards (UEFI ersetzt das ältere BIOS). UEFI-Einstellungen werden im NVRAM gespeichert, da es geladen wird, bevor Speicher verfügbar ist. Das UEFI selbst ist in einem ROM-Chip gespeichert – dazu gleich mehr.

Der "halbe" Typ ist ein flüchtiger RAM, der Batterien verwendet, um bei ausgeschaltetem Gerät mit Strom versorgt zu bleiben. Dies wird verwendet, um kleine Datenmengen aufzubewahren, die für einfachere Aufgaben benötigt werden. Motherboards, die noch das ältere BIOS verwenden, verwenden dies. Ältere Spielekonsolen, die Patronen und/oder Speicherkarten verwendeten, speichern Sicherungsdateien unter Verwendung von flüchtigem RAM und einer Batterie.

Nur-Lese-Speicher (ROM)

Diese Spielekassetten werden auf ROM-Chips gespeichert, ebenso wie UEFI und BIOS. Jeder nicht wiederbeschreibbare optische Datenträger, wie z. B. eine Blu-ray, ist ebenfalls eine Art ROM.

Aber hier und da veröffentlichen Hersteller UEFI-Updates. Wie sind sie also "schreibgeschützt", wenn sie geschrieben werden können?

Dies sind elektrisch löschbare ROMs (EEPROM). Aktualisierungen auf EEPROM werden durch sehr langsame und sorgfältige Prozesse durchgeführt. Das liegt daran, dass ein fehlgeschlagenes UEFI- oder BIOS-Update Ihr Motherboard beschädigen kann.

Übliches ROM muss auch geschrieben werden. Auch hier hängen die Details von den Medien ab. Beispielsweise können optische ROMs einmal beschrieben werden, während ROM-Chips industrielle Maschinen benötigen und dann schreibgeschützt werden. Programmierbare ROMs (PROM) sind mit weniger teuren Geräten beschreibbar, was bei Bastlern üblich ist.

Computerspeicher: Von Cardboard bis Cloud

Wie bereits erläutert, speichert die Speicherung Daten langfristig. Die ersten Computer nutzten dafür Lochpappe. Sie enthielten Computerprogramme und mussten sorgfältig mit einem maschinenlesbaren Binärcode versehen werden – definitiv nicht benutzerfreundlich.

Magnetischer Speicher

Die erste massive Entwicklung in der Computerspeicherung fand in den 1950er Jahren statt, als Magnetbänder verwendet wurden, um größere Datenmengen zu speichern.

Magnetische Speicherung war eine großartige Idee, also bauten Festplatten darauf auf. Festplattenlaufwerke (HDDs) waren von den 1960er Jahren bis heute die Hauptspeicherart für Computer. Aber auch die beste Festplatten benötigen bewegliche Teile, die Geräte anfällig für Beschädigungen und Aufprallgeschwindigkeit machen.

Flash-Speicher wie Solid-State-Laufwerke (SSDs), löst beide Probleme. Diese Art von Speicher besteht aus Siliziumchips wie RAM und liest und schreibt Daten elektrisch.

Externer Speicher: Daten unterwegs

All diese Medien werden als interner Speicher bezeichnet: Dinge, die im Computer aufbewahrt und nur dort verwendet werden. Aber jeder muss hin und wieder Daten irgendwohin mitnehmen.

Externe Speicher sind eigentlich so alt wie Computer selbst. Perforierte Karten wurden in einen Schlitz gesteckt, also technisch entfernbare Speicher. Bänder konnten permanente Daten speichern, aber HDDs kamen kurz danach und waren erheblich besser. Das Band war billiger herzustellen und kleiner und wurde als externes Medium immer beliebter.

Zuerst wurde es durch Disketten ersetzt. Optische Laufwerke hätten der nächste Schritt sein sollen, aber die wiederbeschreibbaren Versionen waren zu teuer.

Daher wechselten die Kunden schnell zu Flash-Speicher. USB-Sticks und externe HDDs oder SSDs – die gleichen wie ihre internen Pendants, aber mit USB.

Cloud-Storage ersetzt Flash als externes Medium. Da es jedoch eine ständige Internetverbindung benötigt, wird es tragbare externe Speicher nicht vollständig ersetzen.

Sicherungsspeicher

Schließlich gibt es Backup-Speicher. Es funktioniert wie jeder andere Speichertyp – die Medien sind die gleichen. Der Unterschied ist Absicht: Backup ist ausfallsicher.

Internes Backup – wenn der interne Speicher aus zwei oder mehr Festplatten besteht, die in Echtzeit kopiert werden – wird von den meisten Menschen nicht häufig verwendet, ist aber für Unternehmen von entscheidender Bedeutung. Externe Backups wie USB-HDDs oder -SSDs, Network Attached Storage (NAS) und sogar Cloud-Lösungen sind häufiger anzutreffen.

Unternehmen, die große Mengen an Backup-Redundanz benötigen, greifen oft auf „Cold Backup“ zurück. Dies passiert seltener und der Speicher wird von Computern getrennt, wenn er nicht verwendet wird. Seltsamerweise sind Magnetbänder, die in der "Notfallwiederherstellung" verwendet werden, auch heute noch üblich.

Cache, Speicher und Arbeitsspeicher spielen alle unterschiedliche Rollen

Cache, Arbeitsspeicher und Speicher spielen alle unterschiedliche, aber wichtige Rollen, um Ihren Computer am Laufen zu halten. In Zukunft werden wir wahrscheinlich sehen, dass die Kapazität all dieser Speichertypen zunimmt, und die Forschung auf diesem Gebiet ist ein wettbewerbsintensiver Bereich.