Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?

Beim Kauf eines neuen Computers oder beim Upgrade eines alten Computers sollten Sie heutzutage ein Solid-State-Laufwerk (SSD) anstelle eines herkömmlichen Festplattenlaufwerks (HDD) kaufen. In der Tat ist der Wechsel von HDD zu SSD eine der besten PC-Leistungssteigerungen, die Sie durchführen können.

Aber wie? Und warum? Was macht die SSD zu einer bahnbrechenden Technologie??

In diesem Artikel erfahren Sie genau, was SSDs sind, wie SSDs tatsächlich funktionieren und wie sie funktionieren, warum SSDs so nützlich sind und den einen großen Nachteil für SSDs, von dem Sie wissen sollten. Wenn Sie nach Kaufberatung suchen, empfehlen wir Ihnen, unseren Artikel zu lesen, was Sie vor dem Kauf einer SSD beachten sollten. 5 Dinge, die Sie beim Kauf einer SSD beachten sollten 5 Dinge, die Sie beim Kauf einer SSD beachten sollten Die Welt des Home Computing bewegt sich in Richtung einer soliden Welt Zustandslaufwerke für die Speicherung. Sollten Sie eine kaufen? Weiterlesen .

Computer und Speicher verstehen

Um zu verstehen, wie SSDs funktionieren und warum sie so nützlich sind, müssen wir zuerst verstehen, wie der Arbeitsspeicher des Computers funktioniert. Die Speicherarchitektur eines Computers gliedert sich in drei Aspekte:

1. Das Zwischenspeicher
2. Das Erinnerung
3. Das Datenlaufwerk

Jeder dieser Aspekte hat eine wichtige Funktion, die bestimmt, wie er arbeitet.

Der Cache ist die innerste Speichereinheit. Während des Betriebs verwendet Ihr Computer den Cache als eine Art Spielplatz für Datenberechnungen und -verfahren. Die elektrischen Pfade zum Cache sind die kürzesten, wodurch der Datenzugriff fast augenblicklich erfolgt. Der Cache ist jedoch sehr klein, so dass seine Daten ständig überschrieben werden.

Die Erinnerung ist der Mittelweg. Sie kennen es vielleicht als RAM (Random Access Memory). Hier speichert Ihr Computer Daten zu den aktiven Programmen und Prozessen. Der Zugriff auf den Arbeitsspeicher ist langsamer als der Zugriff auf den Cache, jedoch nur vernachlässigbar.

Das Datenlaufwerk ist der Ort, an dem alles andere für Permanenz gespeichert wird. Dort werden alle Ihre Programme, Konfigurationsdateien, Dokumente, Musikdateien, Filmdateien und alles andere aufbewahrt. Wenn Sie auf eine Datei zugreifen oder ein Programm ausführen möchten, muss der Computer diese vom Datenlaufwerk in den Arbeitsspeicher laden.

Wichtig ist zu wissen, dass zwischen den dreien ein großer Geschwindigkeitsunterschied besteht. Während Cache und RAM mit Geschwindigkeiten arbeiten NanoSekunden, arbeitet ein herkömmliches Festplattenlaufwerk mit Geschwindigkeiten von MilliSekunden.

Im Wesentlichen ist das Datenlaufwerk der Engpass: Egal wie schnell alles andere ist, ein Computer kann Daten nur so schnell laden und speichern, wie das Datenlaufwerk damit umgehen kann.

Hier setzen SSDs an. Während herkömmliche HDDs um Größenordnungen langsamer sind als Cache und RAM, sind SSDs wesentlich schneller. Dadurch kann die Zeit, die zum Laden verschiedener Programme und Prozesse benötigt wird, erheblich verkürzt werden, und Ihr Computer fühlt sich viel schneller an.

Funktionsweise von Solid-State-Laufwerken?

SSDs haben den gleichen Zweck wie HDDs: Sie speichern Daten und Dateien zur langfristigen Verwendung. Der Unterschied besteht darin, dass SSDs einen aufgerufenen Speichertyp verwenden “Flash-Speicher,” Das ist dem RAM ähnlich - aber im Gegensatz zum RAM, das seine Daten löscht, wenn der Computer heruntergefahren wird, bleiben die Daten auf einer SSD auch dann erhalten, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Wenn Sie eine typische Festplatte auseinandernehmen, sehen Sie einen Stapel Magnetplatten mit einer Nadel, die wie ein Vinyl-Plattenspieler aussieht. Bevor die Nadel Daten lesen oder schreiben kann, müssen sich die Platten an der richtigen Stelle drehen.

Andererseits verwenden SSDs ein Netz elektrischer Zellen, um Daten schnell zu senden und zu empfangen. Diese Gitter sind in Abschnitte unterteilt “Seiten,” In diesen Seiten werden Daten gespeichert. Die Seiten werden zu einem Formular zusammengefasst “Blöcke.”

SSDs werden aufgerufen “fester Zustand” weil sie keine beweglichen Teile haben.

Warum muss man das wissen? Weil SSDs nur auf leere Seiten in einem Block schreiben können. In HDDs können Daten jederzeit an eine beliebige Stelle auf der Platte geschrieben werden. Dies bedeutet, dass Daten leicht überschrieben werden können. SSDs können Daten auf einzelnen Seiten nicht direkt überschreiben. Sie können Daten nur auf leere Seiten in einem Block schreiben.

Wie gehen SSDs dann mit dem Löschen von Daten um? Wenn genügend Seiten in einem Block als nicht verwendet markiert sind, speichert die SSD den gesamten Datenwert des Blocks in den Speicher, löscht den gesamten Block und überträgt die Daten aus dem Speicher zurück in den Block, wobei die nicht verwendeten Seiten leer bleiben. Beachten Sie, dass das Löschen eines Blocks nicht unbedingt bedeutet, dass die Daten vollständig gelöscht sind. (Wie Sie Daten auf einer SSD sicher löschen!)

Dies bedeutet, dass SSDs mit der Zeit langsamer werden.

Wenn Sie eine neue SSD haben, wird sie vollständig mit Blöcken voller leerer Seiten geladen. Wenn Sie neue Daten auf die SSD schreiben, können diese Leerseiten sofort mit hoher Geschwindigkeit geschrieben werden. Wenn jedoch mehr und mehr Daten geschrieben werden, werden die leeren Seiten aufgebraucht und Sie haben zufällig nicht verwendete Seiten, die über die Blöcke verteilt sind.

Da eine SSD eine einzelne Seite nicht direkt überschreiben kann, muss die SSD jedes Mal, wenn Sie neue Daten von diesem Punkt aus schreiben möchten,

1. Finden Sie einen Block mit genügend markierten Seiten “ungebraucht”
2. Zeichnen Sie auf, welche Seiten in diesem Block noch benötigt werden
3. Setzen Sie jede Seite in diesem Block auf leer
4. Schreiben Sie die erforderlichen Seiten in den frisch zurückgesetzten Block
5. Füllen Sie die restlichen Seiten mit den neuen Daten

Wenn Sie also alle leeren Seiten eines neuen SSD-Kaufs durchlaufen haben, muss Ihr Laufwerk diesen Vorgang durchlaufen, wenn neue Daten geschrieben werden sollen. So funktionieren die meisten Flash-Speicher.

Das heißt, es ist immer noch viel schneller als eine herkömmliche Festplatte, und die Geschwindigkeitsgewinne lohnen den Kauf einer SSD über eine Festplatte absolut.

Der Nachteil von Solid-State-Laufwerken

Nun, da wir wissen, wie ein Solid-State-Laufwerk funktioniert, können wir auch einen der größten Nachteile verstehen: Flash-Speicher können nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen unterhalten, bevor sie absterben.

Es gibt eine Menge wissenschaftlicher Erkenntnisse, die erklären, warum dies geschieht, aber es genügt zu sagen, dass bei Verwendung einer SSD die elektrischen Ladungen in jeder ihrer Datenzellen periodisch zurückgesetzt werden müssen. Leider steigt der elektrische Widerstand jeder Zelle mit jedem Reset geringfügig an, wodurch die zum Schreiben in diese Zelle erforderliche Spannung erhöht wird. Schließlich wird die erforderliche Spannung so hoch, dass es unmöglich wird, in die bestimmte Zelle zu schreiben.

Somit haben SSD-Datenzellen eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen. Das bedeutet jedoch nicht, dass eine SSD nicht lange hält! In unserem Artikel finden Sie Informationen zur durchschnittlichen Lebensdauer von Festplatten, SSDs und Flash-Laufwerken. Festplatten, SSDs und Flash-Laufwerke: Wie lange halten Ihre Speichermedien? Festplatten, SSDs, Flash-Laufwerke: Wie lange halten Ihre Speichermedien? Wie lange funktionieren Festplatten, SSDs und Flash-Laufwerke noch und wie lange werden sie Ihre Daten speichern, wenn Sie sie zur Archivierung verwenden? Lesen Sie mehr, wenn Sie mehr erfahren möchten. Hoffentlich haben Sie jetzt ein besseres Verständnis dafür, wie Solid-State-Laufwerke funktionieren.

Erfahren Sie mehr über: Solid State Drive.