21. August 2024
Der Primärspeicher auf der Systemplatine ist die Komponente, die die Programme, Daten und Anweisungen speichert, die von diesem Computer aktiv verwendet werden.
Der Primärspeicher wird auch als Hauptspeicher bezeichnet. Aufgrund der Nähe zur Zentraleinheit (CPU) ist es einfacher, sowohl zu lesen als auch in den primären Speicher zu schreiben. Auf diese Weise können Prozessoren schnelleren Zugriff auf die Daten und Anweisungen gewähren, die im primären Speicher gespeichert sind.
Der Haupt- oder Primärspeicher, auch als interner Speicher bezeichnet, enthält relativ kleine Datenmengen, auf die der Computer während des Betriebs zugreifen kann. Externer Speicher, auch Sekundärspeicher genannt, umfasst Speichergeräte, die Daten dauerhaft speichern können.
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Der Primärspeicher verwaltet die Daten und Anweisungen, die gerade von der CPU verwendet werden. Um Programme auszuführen, greift die CPU auf den Primärspeicher zu, um die benötigten Anweisungen zu erhalten. Der Speicher ist für drei operative Aufgaben zuständig, die für die Computerverarbeitung unerlässlich sind.
Wenn ein Computer eingeschaltet wird, durchläuft er einen Bootzyklus, bei dem die erforderlichen Komponenten des Betriebssystems von der Festplatte des Computers zum Arbeitsspeicher hinzugefügt werden. Sobald das Betriebssystem geladen ist, ist das System bereit, den Betrieb zu verwalten.
Bevor Anwendungen ausgeführt werden können, werden sie zunächst von ihrem vorhandenen Festplattenspeicherort in den Arbeitsspeicher geladen. Dadurch wird der Betrieb der Anwendung orchestriert und die Daten können schneller abgerufen werden, als sie ursprünglich erforderlich gewesen wäre.
Es sind nicht nur Apps, die in den Arbeitsspeicher geladen werden. Das Gleiche gilt für alle Daten, die von einer Anwendung verarbeitet werden müssen. Diese Unterscheidung umfasst Daten aus einer Vielzahl von Apps, z. B. solche, die sich mit höherer Mathematik, gerenderten Bildern und bearbeiteten Dateien befassen.
Bei der Diskussion um den Primärspeicher dominieren zahlreiche Speichertypen:
Direktzugriffsspeicher (RAM)
RAM ist die wichtigste Art von Speicher. RAM verwaltet und beherbergt zahlreiche wichtige Prozesse, darunter Systemanwendungen und die Prozesse, die der Computer gerade verwaltet. Sie dient auch als eine Art Startplattform für Dateien oder Apps.
Nur-Lesen-Speicher (ROM)
ROM ermöglicht es dem Benutzer, die Daten anzuzeigen, aber keine Änderungen an den gesammelten Daten. ROM unterscheidet sich von RAM durch die Permanenz. Ein ROM ist ein nichtflüchtiger Speicher, da seine Daten auch dann erhalten bleiben, wenn der Computer ausgeschaltet wird. Ein Beispiel für ein ROM ist eine CD, deren Inhalt einmal geschrieben und dann festgelegt wird.
Ein weiteres Beispiel ist das grundlegende Eingabe/Ausgabe-System (BIOS), ein Programm, das die Hardwarefunktionalität überwacht, wenn der Computer zum ersten Mal eingeschaltet wird, bevor das Betriebssystem des Computers geladen wird. Da das BIOS bei jedem Einschalten des Computers benötigt wird, wird es im ROM gespeichert.
Cache
Eine weitere wichtige Form des Datenspeichers ist der Cache-Speicher für Daten, die häufig abgerufen und verwendet werden. Cache enthält weniger Speicherkapazität als RAM, ist aber schneller als RAM.
Registrierungen
Die Register, die sich in den CPUs befinden, bieten die schnellsten Datenzugriff und speichern Daten für eine nahezu sofortige Verarbeitung.
Flash-Speicher
Flash-Speicher bieten das Beste aus beiden Welten: schnelle Zugriffszeiten und nichtflüchtiger Speicher, der das Schreiben und Speichern von Daten (und das erneute Schreiben und erneute Speichern) ermöglicht. Flash-Speicher wird in Smartphones, Digitalkameras, USB-Flash-Laufwerken und Flash-Laufwerken verwendet.
Cloudspeicher
Unter bestimmten Umständenkann ein Cloudspeicher als Primärspeicher dienen. Unternehmen, die Anwendungen in ihren eigenen Rechenzentren hosten, müssen beispielsweise einen Cloud-Service für Speicherzwecke nutzen.
Sowohl dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) als auch statischer Direktzugriffsspeicher (SRAM) sind andere Arten von RAM-basierten Halbleiterspeichern, die zur Datenspeicherung verwendet werden, aber sie sind ganz anders konstruiert. DRAM verlagert jedes Datenbit in eine Speicherzelle, die einen extrem kleinen Kapazität und Transistor enthält, während SRAM eine verriegelnde Flip-Flop-Schaltung verwendet, um jedes Datenbit zu speichern.
In Bezug auf die Flüchtigkeit kann der Kondensator des DRAM eine elektrische Ladung halten, aber nicht unbegrenzt. Eine solche elektrische Ladung unterliegt im Laufe der Zeit einem Leck. Der DRAM bekämpft diesen Verlust, indem er über eine externe Speicheraktualisierungsschaltung verfügt, die Daten in jedem Kondensator routinemäßig neu schreibt und so dazu beiträgt, die Nichtflüchtigkeit sicherzustellen, wodurch sie sich perfekt für sekundäre Speicherzwecke eignen. SRAM ist zwar schneller als DRAM, verliert aber seine Daten, wenn die Stromversorgung zum System getrennt wird.
Es wird allgemein angenommen, dass SRAM eine schnellere Verarbeitung ermöglicht als DRAM, aufgrund dieser Eigenschaft gilt SRAM jedoch auch als teurer in der Implementierung als DRAM. Aufgrund seiner Geschwindigkeit wird SRAM typischerweise im Cache-Speicher und in Registern verwendet, während DRAM am häufigsten als Hauptspeicher eines Computers dient.
Eine falsche Annahme verwechselt oft die Frage des primären Speichers – die Klassifizierung einer Ressource als primärer Speicher oder in Bezug auf eine andere Ebene (oder Tier) des Speichers wird nicht durch ihre Speicherarchitektur, ihre Größe oder die Menge an bereitgestelltem Speicherplatz bestimmt. Es ist das Dienstprogramm dieser bestimmten Ressourcen und die Art und Weise, wie die Ressourcen verwendet werden, die ihre Speicherzuweisung bestimmen.
Dies erweitert unsere Definition der verschiedenen Arten von Primärspeicher. Durch diesen dienstprogrammbasierten Ansatz kann der Primärspeicher verschiedene Formen annehmen. Beim Primärspeicher können Storage Arrays (Datenspeicherhardware) wie Festplattenlaufwerke (HDDs) oder Flash-basierte Solid-state Drives verwendet werden. Oder primärer Speicher kann die Verwendung eines gemeinsam genutzten Storage Area Network (SAN) oder eines Network-attached Storage (NAS) bedeuten.
Auch hier hängt die Einstufung als Primär- oder Sekundär-Speicher davon ab, wie die Ressourcen verwendet werden. Wenn ein Unternehmen in der Lage sein muss, transaktionsreiche Anwendungen wie Datenverwaltung zu verarbeiten, bietet die schnellere SAN-Plattform die erforderliche hohe Leistung.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Unterschied zwischen primären Speichermethoden und sekundären Speichermethoden zu berücksichtigen.
Der Primärspeicher verhält sich zum Sekundärspeicher wie das Kurzzeitgedächtnis zum Langzeitgedächtnis eines Menschen. So wie sich das Kurzzeitgedächtnis mehr auf das „Aktuelle“ konzentriert, das für eine Person am relevantesten ist, konzentriert sich der Primärspeicher mehr auf die aktuelle Verarbeitung, die der Computer ausführt. Im Gegensatz dazu bietet der Sekundärspeicher eine Langzeitspeicherung und ähnelt eher dem Langzeitgedächtnis einer Person, das mit geringerer Frequenz arbeitet und möglicherweise mehr geistige Verarbeitung (Computerverarbeitung) erfordert, um langfristig gespeicherte Erinnerungen (lang gespeicherte Daten) abzurufen.
Eine weitere einfache Möglichkeit, zwischen den beiden Speichertypen zu unterscheiden, ist die Reaktion darauf, was mit den beiden Speichertypen geschieht, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Der Speicher ist flüchtig, und die Daten gehen praktisch verloren, wenn der Computer heruntergefahren wird. Sekundärspeicher verwenden in der Regel nichtflüchtigen Speicher, der auch nach einer Unterbrechung der Stromversorgung seine Fähigkeit zur langfristigen Speicherung von Daten beibehält.
Eine weitere grundlegende Möglichkeit, primären Speicher und sekundären Speicher zu vergleichen, ist nach jeweiliger Leistung zu gehen. Computersysteme, die primäre Speicher verwenden, weisen schnellere Zugriffszeiten auf als Systeme, die auf sekundäre Speichersysteme angewiesen sind.
Zur Bereitstellung von Speicherlösungen werden je nach Nutzungsgrad und Bedeutung verschiedene Geräte verwendet:
Primäre Speichergeräte
Die am häufigsten verwendeten primären Speichergeräte sind:
- Solid-State-Laufwerke
- Festplattenmedien
Sekundäre Speichergeräte
Zu den sekundären Speichergeräten (SSDs) gehören:
- Festplattenlaufwerke
- Magnetbänder
- Speicherchip/SSD-Karten
- USB-Flash-Laufwerke
- CD-, DVD- und Blu-Ray-Discs
Tertiäre Speichergeräte
Direkt unter den sekundären Speichergeräten befinden sich Geräte, die sich mit dem tertiären Speicher befassen, also mit Daten in ihrer unstrukturierten Form. Im Bereich der Speicherung wird Automatisierung verwendet, um zwischen den Wechselmedien (wie optische Datenträger und Bandrollen) zu wechseln, auf die der Computer mithilfe von Karussells und ähnlichen Robotermechanismen zugreifen kann. Der Tertiärspeicher ist nicht für blitzschnelle Verarbeitungsgeschwindigkeiten bekannt, sondern für einen konstant einheitlichen Betrieb.