von HDD
Die Technologie hinter Festplattenlaufwerken ist bekannt und bewährt. Festplattenlaufwerke gibt es seit mehr als 50 Jahren, wobei ihre Speicherkapazität ständig erhöht und ihre Größe verringert wurde. HDDs basieren auf sich drehenden Scheiben, oder Platter, um Daten zu lesen und zu schreiben.
Wie Festplatten funktionieren
Festplattenlaufwerke bestehen aus einer oder mehreren magnetisch empfindlichen Platten (Platter), einem Antriebsarm mit einem Lese-/Schreibkopf für jede Platte und einem Motor zum Drehen der Platten und Bewegen der Arme. Außerdem gibt es einen E/A-Controller und eine Firmware, die der Hardware sagt, was sie tun soll, und die mit dem Rest des Systems kommuniziert.
Jeder Plattenteller ist in konzentrischen Kreisen organisiert, die Spuren genannt werden. Die Spuren sind in logische Einheiten unterteilt, die Sektoren genannt werden. Jede Spur- und Sektornummer ergibt eine eindeutige Adresse, die zur Organisation und zum Auffinden von Daten verwendet werden kann. Die Daten werden in den nächstgelegenen verfügbaren Bereich geschrieben. Es gibt einen Algorithmus, der die Daten verarbeitet, bevor sie geschrieben werden, so dass die Firmware Fehler erkennen und korrigieren kann.
Die Platten drehen sich mit voreingestellten Geschwindigkeiten (4200 U/min bis 7200 U/min für Consumer-Computer). Diese Geschwindigkeiten korrelieren mit den Lese-/Schreibraten. Je höher die voreingestellte Geschwindigkeit ist, desto schneller kann eine Festplatte Daten lesen und schreiben.
Lesen und Schreiben
Jedes Mal, wenn Sie Ihren Computer auffordern, Daten abzurufen oder zu aktualisieren, teilt der E/A-Controller dem Antriebsarm mit, wo sich diese Daten befinden, und der Schreib-/Lesekopf sammelt die Daten, indem er das Vorhandensein oder Fehlen einer Ladung in jeder Adresse liest. Wenn die Anforderung darin bestand, die Daten zu aktualisieren, ändert der Schreib-/Lesekopf die Ladung in der betroffenen Spur und im betroffenen Sektor.
Die Zeit, die der Plattenteller braucht, um sich zu drehen und der Antriebsarm, um die richtige Spur und den richtigen Sektor zu finden, wird als Latenzzeit bezeichnet.
Nachteile
Die Nachteile von HDDs ergeben sich aus den mechanischen Teilen, die zum Lesen und Schreiben von Daten verwendet werden, da das physische Auffinden und Abrufen von Daten mehr Zeit benötigt als das elektronische Auffinden und Abrufen von Daten. Die mechanischen Teile können überspringen oder sogar ausfallen, wenn sie grob behandelt oder fallen gelassen werden. Dies ist ein Problem bei Laptops, aber nicht so sehr bei Desktops. HDDs sind außerdem schwerer und verbrauchen mehr Energie als vergleichbare SSDs.
Vorteile
Die Vorteile eines Festplattenlaufwerks sind, dass es sich um eine bewährte Technologie handelt und dass es häufig günstiger ist als ein Solid-State-Laufwerk für dieselbe Speichermenge. Derzeit sind HDDs auch mit mehr Speicherplatz erhältlich als SSDs.
SSD (Solid-State-Laufwerk)
Solid-State-Laufwerke verwenden Flash-Speicher, um eine bessere Leistung und Haltbarkeit zu erzielen. Da sich im Inneren Ihrer Festplatte viele kleine, bewegliche Teile befinden – Magnetköpfe, Spindeln und sich drehende Platten – kann leicht etwas schief gehen und Sie könnten Ihre wichtigen Daten verlieren. Ohne bewegliche Teile sind SSDs langlebiger, laufen kühler und verbrauchen weniger Energie…
Wie NAND funktioniert
SSDs kann man sich wie große USB-Laufwerke vorstellen; sie verwenden die gleiche Basistechnologie. NAND, die Technologie in Solid State Drives, ist eine Art Flash-Speicher. Auf der untersten Ebene nehmen Floating-Gate-Transistoren eine Ladung (oder das Fehlen einer Ladung) auf, um Daten zu speichern. Die Gates sind in einem Gittermuster organisiert, das wiederum in einem Block organisiert ist. Die Blockgröße kann variieren, aber jede Reihe, aus der das Gitter besteht, wird als Seite bezeichnet.
Ein SSD-Controller, der mehrere Funktionen ausführt, einschließlich der Verfolgung, wo sich die Daten befinden.
Lesen und Schreiben
Das Aktualisieren von Daten ist bei SSDs komplexer. Alle Daten in einem Block müssen aufgefrischt werden, wenn irgendein Teil davon aktualisiert wird. Die Daten des alten Blocks werden in einen anderen Block kopiert, der Block wird gelöscht, und die Daten werden mit den Änderungen in einen neuen Block neu geschrieben.
Jedes Mal, wenn Sie Ihren Computer bitten, Daten abzurufen oder zu aktualisieren, schaut der SSD-Controller auf die Adresse der angeforderten Daten und liest den Ladestatus.
Wenn das Laufwerk im Leerlauf ist, läuft ein Prozess namens Garbage Collection durch und stellt sicher, dass die Informationen im alten Block gelöscht werden und dass der Block frei ist, um erneut beschrieben zu werden.
Es gibt einen weiteren Prozess, genannt TRIM, der die SSD darüber informiert, dass sie das erneute Schreiben bestimmter Daten überspringen kann, wenn sie Blöcke löscht. Da es eine endliche Anzahl von Malen gibt, die jeder Block neu geschrieben werden kann, ist dies ein wichtiger Prozess, der eine vorzeitige Abnutzung des Speicherlaufwerks verhindert.
Um eine weitere Abnutzung des Laufwerks zu verhindern, gibt es einen Algorithmus, der sicherstellt, dass jeder Block im Laufwerk eine gleiche Anzahl von Lese-/Schreibvorgängen erhält. Dieser Prozess wird Wear Leveling genannt und geschieht automatisch, während das Laufwerk arbeitet.
Da der Lese-/Schreibprozess eine Datenbewegung erfordert, sind SSDs normalerweise mit Speicher überprovisioniert; es gibt immer einen gewissen Anteil des Laufwerks, der dem Betriebssystem nicht gemeldet wird und für den Benutzer nicht zugänglich ist. Dadurch hat das Laufwerk Platz, um Elemente zu verschieben und zu löschen, ohne die Gesamtspeicherkapazität zu beeinträchtigen.
