Der Speicher

Der Speicher eines Computers setzt sich aus mehreren verschiedenen Speichern, wie dem Cache, der RAM, dem Sekundärspeicher und möglichen externen Speichermedien zusammen. Diese unterscheiden sich vor allem in ihrer Größe und Zugriffszeit.


Der Arbeitsspeicher

Du kannst dir den Arbeitsspeicher (auch Hauptspeicher) wie deinen Schreibtisch vorstellen:

Ein Schreibtisch mit vielen Dokumenten und Büchern.

In dem Arbeitsspeicher werden alle Daten gespeichert, auf die der Computer gerade zugreift. So ist es auch bei deinem Schreibtisch. Dort sollten auch nur die Dinge liegen, mit denen du gerade arbeitest.

Neben den Begriffen Hauptspeicher und Nebenspeicher wird oft auch der Begriff Random Access Memory (kurz RAM) verwendet.

Dieser Name beschreibt die Zugriffsart dieses Speichers. Denn hierbei handelt es sich um einen Read and Write-Zugriff. Das heißt, dass Daten nicht nur gelesen, sondern auch bearbeitet werden können.

Aufbau

Um den Arbeitsspeicher austauschen zu können, sind sie bei Computern und vielen Laptops nicht fest verbaut, sondern auf sogenannte Speichermodule (auch Speicherriegel) ausgelagert.

Auf dieser Platine werden die benötigten Speicherchips gelötet.

Diese Speichermodule finden auf dafür vorgesehenen Steckplätzen auf dem Motherboard ihren Platz.

Zur besseren Ansicht liegt der Arbeitsspeicher auf der Seite und steckt nicht in den vorgesehenen Steckplätzen:

Arbeitsspeicher auf Motherboard

RAM als Zwischenspeicher

Der Prozessor enthält zwar auch einen Speicher (die Register), in dem gerade benötigte Daten- bzw. Befehls-Blöcke gespeichert werden. Jedoch ist dieser interne Speicher sehr klein.

Zwischen dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher wird der Cache geschaltet, um nicht alle Befehle und Daten einzeln aus dem Arbeitsspeicher zu laden. Dort werden gleich ganze Daten- bzw. Befehlsblöcke geladen, auf die der Prozessor dadurch schneller zugreifen kann. Jedoch ist auch der Cache sehr klein.

Der Cache ist also wie ein Kurzzeitgedächtnis deines Computers.

Das Kurzzeitgedächtnis

Auch der Zugriff auf die Festplatte ist nicht optimal, da dieser vergleichsweise langsam ist.

Daher wird zwischen den beiden Komponenten die RAM geschaltet.

Diese dient als Ablage für Daten und Programmcode, auf die gerade zugegriffen wird.

Sie ist somit eine Art Zwischenspeicher zwischen Prozessor und Festplatte.

RAM als Zwischenspeicher

Speicher-Controller

Der eigentliche Zugriff auf den Arbeitsspeicher erfolgt jedoch nicht in den Speichermodulen, sondern über sogenannte Speicher-Controller. Denn das Speichermodul selbst hat keine eigene Logik.

Der Speicher-Controller ist dabei meist als Integrated Memory Controller (kurz IMC) direkt im Prozesor integriert.

Speichercontroller

Leistungsfähigkeit

Der Arbeitsspeicher hat einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit deines Computers.

Diese ist umso höher

\rarr\rarr je schneller die Lese- und Schreibgeschwindigkeit und

\rarr\rarr je größer die Speicherkapazität ist.

Virtueller Arbeitsspeicher

Manchmal kann es passieren, dass die Größe des Arbeitsspeichers nicht ausreicht. In solchen Fällen lagert das Betriebssystem die Daten auf die Festplatte aus, um den Arbeitsspeicher virtuell zu vergrößern.

Ein negativer Effekt des Ganzen ist jedoch, dass das Gesamtsystem langsamer wird.

\rarr\rarr Denn Zugriffe auf die Festplatte benötigen mehr Zeit als Zugriffe auf den Arbeitsspeicher.

Der Sekundärspeicher

Während du dir den Arbeitsspeicher wie deinen Schreibtisch vorstellen kannst, handelt es sich bei dem Sekundärspeicher (auch Nebenspeicher oder Hintergrundspeicher) eher um eine Art Regal, in dem alle deine Dokumente, Bilder, Daten und so weiter liegen:

Regal mit Büchern etc

Im Gegensatz zum Arbeitsspeicher werden hier Daten langfristig gespeichert.

Solche Daten sind zum Beispiel Anwendungen, das Betriebssystem und andere persönliche Daten.

Da das Computersystem oft etwas aus dem Nebenspeicher benötigt, ist die Geschwindigkeit des Speichers entscheidend dafür, wie schnell dein Betriebssystem hochfährt, lädt und auf die gespeicherten Daten zugreift.

Arbeitsspeicher vs Sekundärspeicher

Im Arbeitsspeicher gehen alle Daten verloren, wenn der Computer ausgeschaltet wird.

Im Sekundärspeicher bleiben dagegen alle Daten erhalten.

Auch hier kannst du wieder an dein Regal und deinen Schreibtisch denken:

Wenn du mit deinen Aufgaben oder der Arbeit fertig bist, dann räumst du von deinem Schreibtisch zum Beispiel deine Bücher, den Taschenrechner, deine Stifte und alles andere, womit du gearbeitet hast, weg.

Die Dinge, die jedoch in deinem Regal liegen, bleiben auch dann dort, wenn du für heute aufhörst zu arbeiten.

HDD vs SSD

Vielleicht hast du schon einmal die Abkürzungen HDD und SSD gehört. Bei beiden handelt es sich um Sekundärspeicher, die jedoch auf unterschiedlichen Bauarten beruhen.

HDD

Die HDD (kurz für Hard Disk Drive) war lange Zeit der Standard, wenn es um Speicher ging. Dabei handelt es sich um ein magnetisches Speichermedium. Das heißt, dass Daten mithilfe von Magnetismus auf einer Scheibe gespeichert und auch wieder abgerufen werden.

Da dieses Speichermedium jedoch ein paar Nachteile, wie

  • Zugriffsdauer,
  • Datenverlust und
  • Lautstärke

mit sich bringt, wird heutzutage viel auf SSDs zurückgegriffen.

SSD

Bei der SSD (kurz für Solid State Drive) wurde auf bewegliche Teile verzichtet, weswegen sie sicherer vor Stößen ist und geräuschlos arbeitet.

Außerdem konnte die Zugriffszeit im Gegensatz zur HDD verkürzt werden, weswegen sie schneller und effizienter ist als eine HDD.

Auch ist sie leichter, weswegen sie sich gerade für mobile Geräte anbietet.

Jedoch ist eine SSD Stand heute noch um ein Vielfaches teurer als die HDD und bietet geringere Speicherkapazitäten.

HDD vs SSD

Externe Speichermedien

Manchmal wird auch auf externe Speichermedien zurückgegriffen, um Daten zu speichern, aber auch um sie auf andere Geräte zu übertragen.

Zu solchen Speichermedien zählen zum Beispiel:

  • USB-Sticks
  • CDs und DVDs
  • Externe Festplatten
Externe Speichermedien

Speicherhierarchie

Wie schon beim Arbeitsspeicher angedeutet, hat dieser eine geringere Zugriffszeit als der Sekundärspeicher. Das hat was mit der Speicherhierarchie zu tun. Diese besagt:

\rarr\rarr Je größer ein Speicher ist, desto langsamer kann auf diesen zugegriffen werden.

Die Speicherhierarchie eines Computers sieht dabei folgendermaßen aus:

Speicherhierarchie

Du siehst also, auf den internen Speicher der CPU kann zwar am schnellsten zugegriffen werden, jedoch ist hier aus Platzgründen die Speichergröße am geringsten.

Cache und Arbeitsspeicher stellen das Mittelfeld dar. Auf sie wird oft zugegriffen, weswegen eine geringe Zugriffszeit wichtig ist. Jedoch muss gerade der Arbeitsspeicher groß genug sein, um beispielsweise mehrere Programme gleichzeitig laufen lassen zu können.

Da auf den Sekundärspeicher nicht durchgehend zugegriffen werden muss, ist seine Speicherplatzgröße wichtiger als die vergleichsweise hohe Zugriffszeit.

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