Kapitel 8: Speicher
1. Speicher im Computersystem
Ein Computer besteht grundsätzlich aus Prozessor, Speicher sowie Ein- und Ausgabegeräten (I/O). Der Speicher ist
hierarchisch aufgebaut:
1. Cache
2. Hauptspeicher
3. Sekundärspeicher, zum Beispiel Festplatten oder SSDs
Je näher ein Speicher am Prozessor liegt, desto schneller und normalerweise auch teurer ist er. Sekundärspeicher
sind langsamer, bieten aber wesentlich mehr Kapazität und speichern Daten dauerhaft.
2. Magnetische Festplatten (Hard Disk Drives - HDD)
Zweck: Langzeitige, nicht-flüchtige Speicherung; unterste Ebene der Speicherhierarchie.
o Nichtflüchtig bedeutet, dass die Daten auch ohne Strom erhalten bleiben.
Eigenschaften: Langsam, groß und preiswert im Vergleich zu RAM.
Struktur:
o Besteht aus rotierenden Magnetscheiben (Platters)
und beweglichen Lese-/Schreibköpfen.
o Tracks (Spuren): Konzentrische Kreise auf der
Oberfläche.
o Sectors (Sektoren): Kleinste adressierbare Einheit
(typisch 512 Byte).
o Cylinder (Zylinder): Alle Spuren, die sich an einer
bestimmten Kopfposition über alle Oberflächen
hinweg befinden.
Leistungsmerkmale (Zugriffszeit):
o Seek Time (Suchzeit): Positionierung des Kopfes über der richtigen Spur (3–13 ms im Schnitt).
Aufgrund räumlicher Lokalität & Optimierung durch OS geringere tatsächliche Suchzeit
als der Herstellerwert.
o Rotational Latency (Rotationslatenz): Warten, bis der Sektor unter dem Kopf erscheint (oft die
größte Komponente der Zugriffszeit).
entspricht ungefähr einer halben Umdrehung:
t_Rotation = 0,5 / Umdrehungen pro Sekunde
o Transfer Time (Transferzeit): Dauer des eigentlichen Bit-Transfers (zwischen der Festplatte und
dem Controller ) (typisch 70–125 MB/s im Jahr 2008).
o Controller Time: Overhead durch den Festplattencontroller (< 0,2 ms).
Allgemein gilt: Zugriffszeit = Suchzeit + Rotationslatenz + Übertragungszeit + Controllerzeit +
Warteschlangenzeit.
Quelle: Vorlesungsfolien „Informatik der Systeme – Chapter 8: Storage“
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1. Speicher im Computersystem
Ein Computer besteht grundsätzlich aus Prozessor, Speicher sowie Ein- und Ausgabegeräten (I/O). Der Speicher ist
hierarchisch aufgebaut:
1. Cache
2. Hauptspeicher
3. Sekundärspeicher, zum Beispiel Festplatten oder SSDs
Je näher ein Speicher am Prozessor liegt, desto schneller und normalerweise auch teurer ist er. Sekundärspeicher
sind langsamer, bieten aber wesentlich mehr Kapazität und speichern Daten dauerhaft.
2. Magnetische Festplatten (Hard Disk Drives - HDD)
Zweck: Langzeitige, nicht-flüchtige Speicherung; unterste Ebene der Speicherhierarchie.
o Nichtflüchtig bedeutet, dass die Daten auch ohne Strom erhalten bleiben.
Eigenschaften: Langsam, groß und preiswert im Vergleich zu RAM.
Struktur:
o Besteht aus rotierenden Magnetscheiben (Platters)
und beweglichen Lese-/Schreibköpfen.
o Tracks (Spuren): Konzentrische Kreise auf der
Oberfläche.
o Sectors (Sektoren): Kleinste adressierbare Einheit
(typisch 512 Byte).
o Cylinder (Zylinder): Alle Spuren, die sich an einer
bestimmten Kopfposition über alle Oberflächen
hinweg befinden.
Leistungsmerkmale (Zugriffszeit):
o Seek Time (Suchzeit): Positionierung des Kopfes über der richtigen Spur (3–13 ms im Schnitt).
Aufgrund räumlicher Lokalität & Optimierung durch OS geringere tatsächliche Suchzeit
als der Herstellerwert.
o Rotational Latency (Rotationslatenz): Warten, bis der Sektor unter dem Kopf erscheint (oft die
größte Komponente der Zugriffszeit).
entspricht ungefähr einer halben Umdrehung:
t_Rotation = 0,5 / Umdrehungen pro Sekunde
o Transfer Time (Transferzeit): Dauer des eigentlichen Bit-Transfers (zwischen der Festplatte und
dem Controller ) (typisch 70–125 MB/s im Jahr 2008).
o Controller Time: Overhead durch den Festplattencontroller (< 0,2 ms).
Allgemein gilt: Zugriffszeit = Suchzeit + Rotationslatenz + Übertragungszeit + Controllerzeit +
Warteschlangenzeit.
Quelle: Vorlesungsfolien „Informatik der Systeme – Chapter 8: Storage“
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