Wie SSD Festplatten funktionieren
SSD bedeutet Solid State Drive – Während der letzten Jahrzehnte konnte man eine massive Entwicklung der Speichermedien wahrnehmen. Während die Technologie immer weiter voranschreitet, war es doch eher selten, dass man einen wirklichen Wow Moment hatte. Mal von den Smartphones abgesehen. Doch mit der Verkündung der SSD Festplatten hatte man wieder so einen Moment. Ein kleiner wechsel der die Geschwindigkeit des Computings immens verbessert.
Selten findet man ein Upgrade am Computer welches so stark auffällt. Man mag sich einen neuen Bildschirm besorgen oder eine neue Grafikkarte, doch das generelle Gefühl bleibt gleich. Aber wenn man eine SSD einbaut, wundert man sich nur, dass alles so schnell geht.
Die SSD Technologie ist einfach fantastisch und wird sich von hier an stetig verbessern. Aber für diejenigen, die sich nicht so sehr mit der Hardware Seite befassen, wollen wir etwas den Nebel um den Aufbau einer SSD lichten.
Überblick über die verschiedenen Speicher
Wenn Sie wissen wollen warum SSDs für Sie von Bedeutung sind, sollten Sie etwas über die Grundkonzepte erfahren.
Der Einfachheitshalber können wir die Speicherarchitektur in drei Sektionen aufteilen: Cache, Speicher(RAM) und Festplatte. Jede Sektion hat eine wichtige Funktion die vorgibt wie die Teile miteinander arbeiten.
Der Cache
Der Cache ist der Prozessor nächste Speicherbaustein. Alle schnellen Berechnungen und Anwendungen werden erst einmal auf den Cache ausgelegt, um schnellst möglich mit den Daten arbeiten zu können.
Der RAM
Der Speicher auch bekannt als RAM ist die Mitte des Weges vom Prozessor zur Festplatte. Hier werden Daten gespeichert die aktiv vom Programm oder dem Prozess genutzt werden. Die Zugriffszeiten sind langsamer als beim Cache aber im Vergleich doch noch recht zügig.
Die Festplatte
Hier werden alle permanenten Daten gespeichert. Alle Konfigurationsdateien, Programme, Dokumente Filme, etc. werden hier dauerhaft gespeichert. Wenn man also ein Programm startet, lädt der Computer es von der Festplatte in den Ram.
Warum sind diese Unterschiede wichtig? Wegen des gravierenden Geschwindigkeitsunterschieds. Während Cache und RAM im Nanosekunden Bereich operieren, arbeitet die Festplatte im Millisekunden Bereich. Die meiste Zeit geht für das drehen und suchen der Stelle bevor etwas gelesen werden kann drauf.
Das bedeutet, bevor der Computer irgendetwas machen kann muss er auf die Festplatte warten. Die Festplatte ist also der Flaschenhals des Systems. Genau hier schreitet die SSD ein. Eine SSD Festplatte kann diesen Flaschenhals um den Faktor 10 vergrößern und somit viel schnellere Zugriffszeiten ermöglichen.
Solid State Drives benutzen Speicher den man „Flash Speicher“ nennt, welcher Ähnlichkeiten zum RAM besitzt. Doch im Gegensatz zum RAM, verliert eine SSD ihren Speicherzustand nicht sobald das System ausgeschaltet wird.
Wenn Sie eine herkömmliche Festplatte auseinander nehmen, sehen sie eine Reihe von magnetischen Disks die aufeinander gestapelt sind. Diese werden, ähnlich wie bei einer Schallplatte, mit einer Lesenadel gelesen. Bevor die Nadel also findet was wir suchen, müssen die Disks rotieren und das kostet Zeit. SSDs dagegen benutzen ein Netz aus elektrischen Zellen um Daten zu senden und zu empfangen. Diese Netze sind unterteilt in so genannte Seiten in denen die Daten liegen. Diese Seiten wiederum bilden zusammen Blöcke.
SSDs löschen Daten nicht so einfach wie HDDs
Warum ist das wichtig zu wissen? Weil SSDs nur in leere Bereiche der Blöcke schreiben können. Auf einer HDD (herkömmliche Festplatte) können Daten leichter überschrieben werden, was wieder leichter zum Datenverlust führen kann. Aber wie gehen SSDs mit der Löschung von Daten um? Wenn genug Seiten in einem Block als unbenutzt gekennzeichnet wurden, nimmt die SSD den ganzen Block, schreibt diese Information in den Speicher und löscht die sich darin befindlichen Daten anschließend.
Also werden SSDs mit der Zeit etwas langsamer. Aber wie passiert das?
Wenn Sie eine frische SSD haben sind noch alle Blöcke in ihr leer. Heißt, die SSD kann direkt anfangen die Daten schnell zu speichern. Doch nach einiger Zeit müssen die freien Stellen erst gesucht werden, was Zeit in Anspruch nimmt.
Da eine SSD Daten nicht direkt überschreiben kann muss sie bei neuem beschreiben immer wieder:
- Einen Block finden der unbenutzt ist.
- Aufzeichnen welche Teile in dem Block noch behalten werden.
- Jede Seite in dem Block auf „leer“ setzen.
- Umschreiben der nötigen Seiten in einen frischen Block.
- Und die übrigen Seiten mit neuen Daten füllen
Nachdem man also einmal den ganzen Drive beschrieben hat, muss er immer diese Schritte abarbeiten um neue Daten speichern zu können. Was in einer Minderung der Geschwindigkeit resultiert.
Der Nachteil der Solid State Drives
Ein großes Problem der SSDs stellt der Flash Speicher selbst dar. Er kann nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen während seiner Lebenszeit durchführen. Man kann bei diesem Thema sehr stark ins Detail gehen aber um es kurz zu halten: Die elektrische Ladung innerhalb der Zellen muss immer wieder erneuert werden.
Leider erhöht sich der elektrische Widerstand immer wieder minimal mit jedem Neustart der Zellen. Irgendwann wird die benötigte Spannung so hoch, dass die Zelle unbrauchbar wird. Deswegen unterstützt die SSD nur eine limitierte Anzahl an Schreibvorgängen.
Aber am Ende liefert eine SSD etwas, das die alten HDD nicht haben und das ist Geschwindigkeit. Bei der SSD handelt es sich um eine Kreation die mit viel Komplexität verbunden ist und während sie auch Ihre Nachteile hat, überwiegen sicherlich die immensen Vorteile.
