Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?

In diesem Artikel erfahren Sie genau, was SSDs sind, wie SSDs funktionieren und funktionieren, warum SSDs so nützlich sind und welchen Nachteil SSDs haben.

In diesem Artikel erfahren Sie genau, was SSDs sind, wie SSDs funktionieren und funktionieren, warum SSDs so nützlich sind und welchen Nachteil SSDs haben.
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Heutzutage, egal ob Sie einen neuen Computer kaufen oder einen alten Computer aktualisieren, sollten Sie 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-Leistungsverbesserungen, die Sie vornehmen können.

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

In diesem Artikel erfahren Sie genau, was SSDs sind, wie SSDs funktionieren und funktionieren, warum SSDs so nützlich sind und welchen Nachteil SSDs haben, über die Sie Bescheid wissen sollten. Wenn Sie stattdessen eine Kaufberatung suchen, empfehlen wir Ihnen unseren Artikel darüber 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 State-Laufwerke für den Speicher. Sollten Sie einen kaufen? Weiterlesen .

Computer und Speicher verstehen

Um zu verstehen, wie SSDs funktionieren und warum sie so nützlich sind, müssen wir zuerst verstehen, wie der Computerspeicher funktioniert. Die Speicherarchitektur eines Computers ist in drei Aspekte unterteilt:

  1. Der Cache
  2. Die Erinnerung
  3. Das Datenlaufwerk

Jeder dieser Aspekte dient einer wichtigen Funktion, die bestimmt, wie sie funktionieren.

Der Cache ist die innerste Speichereinheit. Beim Ausführen verwendet der Computer den Cache als eine Art Spielplatz für Datenberechnungen und -verfahren. Die elektrischen Pfade zum Cache sind die kürzesten, was den Datenzugriff fast sofort ermöglicht. Der Cache ist jedoch sehr klein, so dass seine Daten ständig überschrieben werden.

Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?
Bildquelle: AddyTsl / Shutterstock

Die Erinnerung ist der Mittelgrund. Sie können es als RAM (Random Access Memory) kennen. Hier speichert der Computer Daten, die sich auf aktiv laufende Programme und Prozesse beziehen. Der Zugriff auf RAM ist langsamer als der Zugriff auf den Cache, jedoch nur in vernachlässigbarer Weise.

Auf dem Datenlaufwerk ist alles andere für die Dauerhaftigkeit gespeichert. Hier werden alle Ihre Programme, Konfigurationsdateien, Dokumente, Musikdateien, Filmdateien und alles andere gespeichert. Wenn Sie auf eine Datei zugreifen oder ein Programm ausführen möchten, muss der Computer sie vom Datenlaufwerk in den Arbeitsspeicher laden.

Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?
Bildquelle: Scanrail1 / Shutterstock

Es ist wichtig zu wissen, dass es einen großen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den dreien gibt. Während Cache und RAM mit Geschwindigkeiten in Nanosekunden arbeiten, arbeitet ein herkömmliches Festplattenlaufwerk mit Geschwindigkeiten in Millisekunden .

Im Wesentlichen ist das Datenlaufwerk der Flaschenhals: Egal wie schnell alles andere ist, ein Computer kann Daten nur so schnell laden und speichern, wie das Datenlaufwerk es verarbeiten kann.

Hier kommen SSDs ins Spiel. Während herkömmliche Festplatten um Größenordnungen langsamer sind als Cache und RAM, sind SSDs viel schneller. Dies kann die Zeit, die zum Laden verschiedener Programme und Prozesse benötigt wird, erheblich verkürzen und Ihren Computer wesentlich schneller fühlen lassen.

Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?

SSDs dienen demselben Zweck wie HDDs: Sie speichern Daten und Dateien für eine langfristige Nutzung. Der Unterschied besteht darin, dass SSDs eine Art von Speicher namens "Flash Memory" verwenden, der dem RAM ähnelt. Im Gegensatz zu RAM, das seine Daten bei jedem Herunterfahren des Computers löscht, bleiben die Daten auf einer SSD jedoch bestehen, selbst wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Wenn Sie eine typische Festplatte auseinander nehmen würden, würden Sie einen Stapel magnetischer Platten mit einer Lesekanüle sehen - ähnlich wie bei einem Plattenspieler. Bevor die Nadel Daten lesen oder schreiben kann, müssen sich die Platten an der richtigen Stelle drehen.

Auf der anderen Seite verwenden SSDs ein Raster aus elektrischen Zellen, um Daten schnell zu senden und zu empfangen. Diese Raster sind in Abschnitte unterteilt, die als "Seiten" bezeichnet werden. Auf diesen Seiten werden Daten gespeichert. Seiten werden zu "Blöcken" zusammengefügt.

SSDs heißen "Solid-State", weil sie keine beweglichen Teile haben.

wie Solid State Drives funktionieren
Bildquelle: Jiri Vaclavek / Shutterstock

Warum muss das wissen? Weil SSDs nur auf leere Seiten in einem Block schreiben können. Bei HDDs können Daten jederzeit an einen beliebigen Ort auf der Platte geschrieben werden, so dass Daten leicht überschrieben werden können. SSDs können Daten auf einzelnen Seiten nicht direkt überschreiben. Sie können nur Daten auf leere Seiten in einem Block schreiben.

Wie gehen SSDs mit der Datenlöschung um? Wenn genügend Seiten in einem Block als unbenutzt markiert sind, schreibt die SSD die gesamten Daten des Blocks in den Speicher, löscht den gesamten Block und überträgt die Daten erneut aus dem Speicher zurück in den Block, während die unbenutzten Seiten leer bleiben. Beachten Sie, dass das Löschen eines Blocks nicht unbedingt bedeutet, dass die Daten vollständig verschwunden sind. (So ​​löschen Sie Daten auf einer SSD sicher!)

Dies bedeutet, dass SSDs mit der Zeit langsamer werden.

Wenn Sie eine neue SSD haben, wird sie komplett mit Blöcken voller leerer Seiten geladen. Wenn Sie neue Daten auf die SSD schreiben, kann sie sofort mit rasender Geschwindigkeit auf diese leeren Seiten schreiben. Wenn jedoch mehr und mehr Daten geschrieben werden, gehen die leeren Seiten aus und es verbleiben zufällige unbenutzte Seiten in den Blöcken.

Da eine SSD eine einzelne Seite nicht direkt überschreiben kann, muss die SSD jedes Mal, wenn Sie von diesem Zeitpunkt an neue Daten schreiben möchten, Folgendes tun:

  1. Finde einen Block mit genügend Seiten, die als "unbenutzt" gekennzeichnet sind
  2. Notieren Sie, welche Seiten in diesem Block noch benötigt werden
  3. Setzen Sie jede Seite in diesem Block auf leer zurück
  4. Schreiben Sie die notwendigen Seiten in den frisch zurückgesetzten Block
  5. Füllen Sie die verbleibenden Seiten mit den neuen Daten aus

Nachdem Sie also alle leeren Seiten eines neuen SSD-Kaufs durchgespielt haben, muss Ihr Laufwerk diesen Prozess durchlaufen, wann immer Sie neue Daten schreiben möchten. So funktioniert die meisten Flash-Speicher.

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

Der Nachteil von Solid-State-Drives

Jetzt, da wir wissen, wie ein Solid-State-Laufwerk funktioniert, können wir auch einen seiner größten Nachteile verstehen: Flash-Speicher kann nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen aufrechterhalten, bevor er stirbt.

Es gibt eine Menge Wissenschaft, die erklärt, warum dies passiert, aber es genügt zu sagen, dass, wenn eine SSD verwendet wird, die elektrischen Ladungen in jeder ihrer Datenzellen periodisch zurückgesetzt werden müssen. Unglücklicherweise nimmt der elektrische Widerstand jeder Zelle mit jedem Reset leicht zu, was die zum Schreiben in diese Zelle erforderliche Spannung erhöht. Schließlich wird die erforderliche Spannung so hoch, dass es unmöglich wird, in die bestimmte Zelle zu schreiben.

Somit haben SSD-Datenzellen eine endliche Anzahl von Schreibvorgängen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass eine SSD nicht lange dauern wird! Lesen Sie unseren Artikel über die durchschnittliche Lebensdauer von Festplatten, SSDs und Flash-Laufwerken. Festplatten, SSDs, Flash-Laufwerke: Wie lange halten Ihre Speichermedien? Festplatten, SSDs, Flash-Laufwerke: Wie lange halten Ihre Speichermedien? Wie lange werden Festplatten, SSDs, Flash-Laufwerke noch funktionieren und wie lange werden sie Ihre Daten speichern, wenn Sie sie für die Archivierung verwenden? Lesen Sie mehr, wenn Sie mehr wissen möchten. Hoffentlich verstehen Sie jetzt besser, wie Solid-State-Laufwerke funktionieren.

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