Formfaktor, Puffervolumen und andere Eigenschaften der Festplatte. Was ist Cache-Speicher auf einer Festplatte?

Cache-Speicher- Dies ist ein ultraschneller Speicher, der im Vergleich zum RAM eine höhere Leistung aufweist.

Cache-Speicher ergänzt den funktionalen Wert von RAM.
Wenn ein Computer läuft, werden alle Berechnungen im Prozessor ausgeführt und die Daten für diese Berechnungen und ihre Ergebnisse werden im RAM gespeichert. Die Geschwindigkeit des Prozessors ist um ein Vielfaches höher als die Geschwindigkeit des Informationsaustauschs mit dem RAM. Wenn man bedenkt, dass zwischen zwei Prozessoroperationen eine oder mehrere Operationen auf einem langsameren Speicher ausgeführt werden können, stellen wir fest, dass der Prozessor von Zeit zu Zeit im Leerlauf sein muss und die Gesamtgeschwindigkeit des Computers sinkt.

Der Cache-Speicher wird von einem speziellen Controller gesteuert, der durch Analyse des ausgeführten Programms vorherzusagen versucht, welche Daten und Befehle der Prozessor in naher Zukunft höchstwahrscheinlich benötigen wird, und diese in den Cache-Speicher pumpt, d.h. Der Cache-Controller lädt die erforderlichen Daten vom RAM in den Cache-Speicher und gibt bei Bedarf vom Prozessor geänderte Daten an den RAM zurück.

Der Cache-Speicher des Prozessors erfüllt ungefähr die gleiche Funktion wie der RAM. Lediglich der Cache ist ein im Prozessor integrierter Speicher und daher, teilweise aufgrund seiner Position, schneller als RAM. Schließlich wirken sich die entlang des Motherboards und des Steckers verlaufenden Kommunikationsleitungen negativ auf die Geschwindigkeit aus. Der Cache eines modernen Personalcomputers befindet sich direkt auf dem Prozessor, wodurch Kommunikationsleitungen verkürzt und deren Parameter verbessert werden können.

Der Cache-Speicher wird vom Prozessor zum Speichern von Informationen verwendet. Es puffert die am häufigsten verwendeten Daten, wodurch die Zeit des nächsten Zugriffs erheblich verkürzt wird.

Alle modernen Prozessoren verfügen über einen Cache (auf Englisch: Cache) – eine Anordnung ultraschnellen RAMs, der als Puffer zwischen dem relativ langsamen Systemspeichercontroller und dem Prozessor dient. Dieser Puffer speichert Datenblöcke, mit denen die CPU gerade arbeitet, wodurch die Anzahl der Prozessoraufrufe an den (im Vergleich zur Prozessorgeschwindigkeit) extrem langsamen Systemspeicher erheblich reduziert wird.

Dadurch wird die Gesamtleistung des Prozessors deutlich gesteigert.
Darüber hinaus ist der Cache bei modernen Prozessoren nicht mehr wie früher ein einzelnes Speicherarray, sondern in mehrere Ebenen unterteilt. Der schnellste, aber relativ kleine First-Level-Cache (bezeichnet als L1), mit dem der Prozessorkern arbeitet, ist meist in zwei Hälften unterteilt – den Befehlscache und den Datencache. Der Cache der zweiten Ebene interagiert mit dem L1-Cache – L2, der in der Regel ein viel größeres Volumen hat und gemischt ist, ohne sich in einen Befehlscache und einen Datencache zu unterteilen.

Einige Desktop-Prozessoren verfügen nach dem Vorbild von Serverprozessoren teilweise auch über einen L3-Cache der dritten Ebene. Der L3-Cache ist in der Regel noch größer, zwar etwas langsamer als der L2 (da der Bus zwischen L2 und L3 schmaler ist als der Bus zwischen L1 und L2), aber seine Geschwindigkeit ist auf jeden Fall unverhältnismäßig höher als der Geschwindigkeitssystemspeicher.

Es gibt zwei Arten von Cache: exklusiven und nicht-inklusiven Cache. Im ersten Fall sind Informationen in Caches aller Ebenen klar abgegrenzt – jeder von ihnen enthält ausschließlich Originalinformationen, während im Fall eines nicht exklusiven Caches Informationen auf allen Caching-Ebenen dupliziert werden können. Heute ist es schwer zu sagen, welches dieser beiden Schemata richtiger ist – beide haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Das exklusive Caching-Schema wird bei AMD-Prozessoren verwendet, während das nicht-exklusive bei Intel-Prozessoren verwendet wird.

Exklusiver Cache-Speicher

Der exklusive Cache-Speicher setzt die Einzigartigkeit der in L1 und L2 befindlichen Informationen voraus.
Beim Lesen von Informationen aus dem RAM in den Cache werden die Informationen sofort in L1 eingegeben. Wenn L1 voll ist, werden Informationen von L1 nach L2 übertragen.
Wenn der Prozessor beim Lesen von Informationen aus L1 die erforderlichen Informationen nicht findet, wird in L2 nach ihnen gesucht. Wenn die erforderlichen Informationen in L2 gefunden werden, tauschen die Caches der ersten und zweiten Ebene Zeilen miteinander aus (die „älteste“ Zeile von L1 wird in L2 platziert und an ihrer Stelle wird die erforderliche Zeile von L2 geschrieben). Werden die notwendigen Informationen in L2 nicht gefunden, erfolgt der Zugriff auf das RAM.
Die exklusive Architektur wird in Systemen verwendet, in denen der Unterschied zwischen den Volumina der Caches der ersten und zweiten Ebene relativ gering ist.

Inklusive Cache

Eine inklusive Architektur beinhaltet die Duplizierung der in L1 und L2 gefundenen Informationen.
Das Arbeitsschema ist wie folgt. Beim Kopieren von Informationen vom RAM in den Cache werden zwei Kopien erstellt, eine Kopie wird in L2 gespeichert, die andere Kopie wird in L1 gespeichert. Wenn L1 vollständig gefüllt ist, werden die Informationen nach dem Prinzip der Entfernung der „ältesten Daten“ – LRU (Least-Recently Used) – ersetzt. Das Gleiche passiert mit dem Second-Level-Cache, aber da sein Volumen größer ist, werden die Informationen länger darin gespeichert.

Wenn der Prozessor Informationen aus dem Cache liest, werden diese von L1 übernommen. Wenn sich die erforderlichen Informationen nicht im Cache der ersten Ebene befinden, wird in L2 nach ihnen gesucht. Werden die notwendigen Informationen im Second-Level-Cache gefunden, werden diese in L1 (unter Verwendung des LRU-Prinzips) dupliziert und dann an den Prozessor übertragen. Wenn die erforderlichen Informationen nicht im Cache der zweiten Ebene gefunden werden, werden sie aus dem RAM gelesen.
Die inklusive Architektur wird in Systemen verwendet, in denen der Unterschied in der Größe der Caches der ersten und zweiten Ebene groß ist.

Bei der Arbeit mit großen Datenmengen (Video, Ton, Grafiken, Archive) ist der Cache-Speicher jedoch wirkungslos. Solche Dateien passen einfach nicht in den Cache, sodass Sie ständig auf den RAM oder sogar die Festplatte zugreifen müssen. In solchen Fällen gehen alle Vorteile verloren. Aus diesem Grund sind preisgünstige Prozessoren (z. B. Intel Celeron) mit reduziertem Cache so beliebt, dass die Leistung bei Multimedia-Aufgaben (im Zusammenhang mit der Verarbeitung großer Datenmengen) durch den Cache nicht wesentlich beeinträchtigt wird Größe, auch trotz der reduzierten Betriebsfrequenz der Intel Celeron-Busse.

Festplatten-Cache

In der Regel verfügen alle modernen Festplatten über einen eigenen Arbeitsspeicher, den sogenannten Cache-Speicher oder einfach Cache. Festplattenhersteller bezeichnen diesen Speicher oft als Pufferspeicher. Größe und Aufbau des Caches unterscheiden sich je nach Hersteller und Festplattenmodell erheblich.

Der Cache-Speicher fungiert als Puffer zum Speichern von Zwischendaten, die bereits von der Festplatte gelesen, aber noch nicht zur weiteren Verarbeitung übertragen wurden, sowie zum Speichern von Daten, auf die das System häufig zugreift. Der Bedarf an Transitspeicher ergibt sich aus dem Unterschied zwischen der Lesegeschwindigkeit der Daten von der Festplatte und dem Systemdurchsatz.

In der Regel wird der Cache-Speicher sowohl zum Schreiben als auch zum Lesen von Daten verwendet. Bei SCSI-Laufwerken ist es jedoch manchmal erforderlich, die Aktivierung des Schreib-Caches zu erzwingen. Daher ist der Schreib-Caching auf der Festplatte für SCSI normalerweise standardmäßig deaktiviert. Obwohl dies im Widerspruch zum oben Gesagten steht, ist die Größe des Cache-Speichers nicht entscheidend für die Verbesserung der Leistung.

Wichtiger ist es, den Datenaustausch mit dem Cache zu organisieren, um die Festplattenleistung insgesamt zu steigern.
Darüber hinaus wird die Leistung im Allgemeinen durch die Betriebsalgorithmen der Steuerelektronik beeinflusst, die Fehler bei der Arbeit mit dem Puffer verhindern (Speicherung irrelevanter Daten, Segmentierung usw.).

Theoretisch gilt: Je größer der Cache-Speicher, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die benötigten Daten im Puffer sind und die Festplatte nicht „stören“ muss. In der Praxis kommt es jedoch vor, dass sich eine Festplatte mit viel Cache-Speicher in der Leistung nicht wesentlich von einer Festplatte mit weniger Cache-Speicher unterscheidet; dies geschieht beim Arbeiten mit großen Dateien.

Der berühmteste Aljoscha der Runet teilt schockierende Informationen.
http://www.exler.ru/blog/item/12406/?25

Ich erinnere mich, dass ich in den neunziger Jahren auf verschiedenen Computern, bei denen es beim Arbeiten mit einer Festplatte auf Leistung ankam, sogenannte Cache-Controller verwendete: Das waren Platinen, die mit Steckplätzen für regulären RAM ausgestattet waren, in die eine bestimmte Menge dieses Speichers gesteckt wurde , und mit Hilfe des Boards wurden Daten von der Festplatte zwischengespeichert. Dies beschleunigte die Arbeit mit der Festplatte erheblich, insbesondere bei der Verwendung von Grafikpaketen wie Corel Draw.

Vor allem bei der Verwendung von Grafikpaketen wie Corel Draw. Genau so.
(das Knacken zerrissener Schablonen, das Aufschlagen eines Kopfes auf dem Tisch)

Definieren wir zunächst, was ein Hardware-Festplatten-Cache ist.
Im Großen und Ganzen handelt es sich dabei um ein kleines Stück RAM, das in die Elektronik der Festplatte „eingenäht“ ist.

Cache fungiert als Puffer zum Speichern von Zwischendaten, die bereits von der Festplatte gelesen wurden, aber noch nicht zur weiteren Bearbeitung eingereicht wurden, und zum Speichern von Daten, auf die das System häufig zugreift. Der Bedarf an Transitspeicher ergibt sich aus dem Unterschied zwischen der Lesegeschwindigkeit der Daten von der Festplatte und dem Systemdurchsatz.

Wenn eine Datei häufig vom System verwendet wird, wird sie im Festplatten-Cache abgelegt, um 1) die Festplatte nicht unnötig zu beanspruchen und 2) den Zugriff auf diese Datei zu beschleunigen. Zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen.

Im Allgemeinen wird nicht die Datei im Cache abgelegt, sondern der Inhalt der Hardware-Festplattenblöcke, die häufig gelesen werden. Zum Beispiel Dateisystemdienstdaten. Oder MBR. Oder 12 Kilobyte aus der Mitte einer Gigabyte-Datenbankdatei. Die Festplatte erkennt ihren Inhalt nicht, es ist ihr egal.
Zur Verdeutlichung wird die Situation mit der Datei dargestellt.

Das Problem ist, dass in den 90er Jahren Festplatten entweder ohne Cache hergestellt wurden oder dieser zu klein war, um die notwendigen Daten zu speichern. Und dieses Problem wurde tatsächlich durch den Einsatz von Cache-Controllern gelöst.

Dann wurden die Platten merklich schneller, das Betriebssystem fing an, das Caching ordentlich zu machen, und einzelne Cache-Controller starben langsam aus, zumal sie nicht billig waren und man dafür noch Speicher kaufen musste.

Was die relative Geschwindigkeit betrifft, liegen Festplatten nicht weit hinter der Geschwindigkeit der 90er Jahre zurück: Sie sind immer noch der langsamste Teil eines Computers. Die Entwicklung der Technologie hat es jedoch ermöglicht, ausreichend Cache-Speicher auf Festplatten zu platzieren. Ausreichend, um separate Cache-Controller überflüssig zu machen.

Außerdem ist der zusätzliche Cache in Unix-Betriebssystemen „zusätzlicher“ (nicht genutzter) RAM. Sogenannt, Software-Festplatten-Cache. Es wird manchmal als „Puffer-Cache“ bezeichnet, aber es ist etwas anders.

Windows hat es auch, aber alle Vorteile werden durch die unzureichende Verwendung der Auslagerungsdatei vollständig zunichte gemacht.
Der normale Zustand des Systems: Der Inhalt des RAM befindet sich auf der Festplatte (pagefile.sys) und der Inhalt der Festplatte befindet sich im RAM (Software-Festplatten-Cache). Schizophrenie.

Vor nicht allzu langer Zeit kehrten diese Cache-Controller zurück, allerdings in Form von SSD-Laufwerken. Zunächst tauchten sogenannte Hybridlaufwerke auf – normale Festplatten, die zusätzlich eine separate kleine SSD eingebaut hatten (16-32 GB), die ausschließlich dem Caching diente.

Der Autor versteht nicht, dass nichts irgendwohin ging, nur um mit Feuerwerk und Fanfare zurückzukehren.
Und dass Hybridlaufwerke ein Marketingtrick sind (aus irgendeinem Grund haben sie eine 16-GB-SSD in ein normales Laufwerk gesteckt, und das sogar mit eingeschränkter Funktionalität).
Und was logischer ist: Es ist einfacher und richtiger, zwei Schrauben zu verwenden: eine schnelle SSD für das System und eine normale Schraube für die Daten. Denn ein Cache mit 16 Gigs ist bezaubernder Unsinn (mit einer Einschränkung: zur Zeit).

Und nun hat man damit begonnen, separate SSDs zu produzieren, die auch gezielt zum Caching eingesetzt werden.

Lesen – normale SSDs mit roter Aufschrift „Cache Only“.

Das Einzige, was schlimmer ist als ein Lamer, ist ein Lamer mit einem großen Publikum. ©

Von der Festplatte veröffentlicht.

Auch die HDD-Schnittstelle haben wir nicht außer Acht gelassen, wo die wichtigsten Features und Unterschiede besprochen wurden SATA-Schnittstelle und veraltete IDE. Und natürlich haben wir das vielleicht wichtigste Merkmal nicht vergessen: dieses Festplattenkapazität.

In diesem Material werden wir über die übrigen Eigenschaften von Festplatten sprechen, die nicht weniger wichtig sind als die oben genannten.

Formfaktor der Festplatte

Derzeit sind zwei Formfaktoren von Festplatten weit verbreitet – 2,5 und 3,5 Zoll. Der Formfaktor bestimmt maßgeblich die Abmessungen von Festplatten. Übrigens bietet eine 3,5-Zoll-Festplatte Platz für bis zu 5 Laufwerksplatten und eine 2,5-Zoll-Festplatte bietet Platz für bis zu 3 Laufwerksplatten. In der modernen Realität ist dies jedoch kein Vorteil, da die Entwickler selbst festgestellt haben, dass der Einbau von mehr als 2 Platten in gewöhnliche Hochleistungsfestplatten nicht ratsam ist. Allerdings will der 3,5-Zoll-Formfaktor keineswegs aufgeben und übertrifft in puncto Nachfrage den 2,5-Zoll-Formfaktor im Desktop-Segment souverän.

Das heißt, für ein Desktop-System ist es derzeit sinnvoll, nur 3,5 Zoll zu kaufen, da zu den Vorteilen dieses Formfaktors geringere Kosten pro Gigabyte Speicherplatz bei größerem Volumen zählen. Dies wird durch einen größeren Plattenteller erreicht, der bei gleicher Aufzeichnungsdichte ein größeres Datenvolumen als 2,5 Zoll aufnehmen kann. Traditionell wurde das 2,5-Zoll-Format vor allem aufgrund seiner Abmessungen immer als Formfaktor für Laptops positioniert.

Es gibt andere Formfaktoren. Viele tragbare Geräte verwenden beispielsweise Festplatten im 1,8-Zoll-Formfaktor, wir werden uns jedoch nicht im Detail damit befassen.

Größe des Festplatten-Cache

Cache-Speicher ist ein spezialisierter RAM, der als Zwischenverbindung (Puffer) zum Speichern von Daten fungiert, die bereits von der Festplatte gelesen, aber noch nicht direkt zur Verarbeitung übertragen wurden. Das bloße Vorhandensein des Puffers wurde durch einen erheblichen Unterschied in der Betriebsgeschwindigkeit zwischen den übrigen Systemkomponenten und der Festplatte verursacht.

Daher ist das Volumen ein Merkmal des HDD-Cache-Speichers. Am beliebtesten sind derzeit Festplatten mit 32 und 64 MB Puffer. Tatsächlich führt der Kauf einer Festplatte mit viel Cache-Speicher nicht zu einer Verdoppelung der Leistung, wie es nach klassischer Arithmetik den Anschein haben könnte. Darüber hinaus haben Tests gezeigt, dass der Vorteil von Festplatten mit 64 MB Cache eher selten und nur bei bestimmten Aufgaben zum Tragen kommt. Daher lohnt es sich, wenn möglich, eine Festplatte mit größerem Cache-Speicher zu kaufen, wenn dies jedoch mit erheblichen Kosten verbunden ist, dann ist dies nicht der Parameter, auf den Sie sich zuerst konzentrieren sollten.

Zufällige Zugriffszeit

Der Indikator für die Direktzugriffszeit der Festplatte charakterisiert die Zeit, in der die Festplatte garantiert einen Lesevorgang an einer beliebigen Stelle auf der Festplatte ausführt. Das heißt, in welcher Zeitspanne kann der Lesekopf den am weitesten entfernten Sektor der Festplatte erreichen. Dies hängt maßgeblich von den zuvor besprochenen Eigenschaften der Spindeldrehzahl der Festplatte ab. Denn je höher die Rotationsgeschwindigkeit, desto schneller kann der Kopf die gewünschte Spur erreichen. Bei modernen Festplatten liegt dieser Wert zwischen 2 und 16 ms.

Weitere Eigenschaften der Festplatte

Lassen Sie uns nun kurz und knapp die restlichen Eigenschaften von Festplatten auflisten:

• Energieverbrauch – Festplatten verbrauchen sehr wenig. Darüber hinaus wird häufig die maximale Leistungsaufnahme angegeben, die nur in Zwischenbetriebsphasen bei Spitzenlast auftritt. Im Durchschnitt sind es 1,5-4,5 W;
• Zuverlässigkeit (MTBF) – die sogenannte Zeit zwischen Ausfällen;
• Datenübertragungsgeschwindigkeit – von der externen Zone der Festplatte: von 60 bis 114 Mbit/s und von der internen Zone – von 44,2 bis 75 Mbit/s;
• Anzahl der Eingabe-/Ausgabeoperationen pro Sekunde (IOPS) – bei modernen Festplatten beträgt diese Zahl etwa 50/100 Operationen/s, mit wahlfreiem und sequentiellem Zugriff.

Deshalb haben wir uns anhand einer kleinen Artikelserie alle Eigenschaften von Festplatten angeschaut. Natürlich überschneiden sich viele Parameter und beeinflussen sich teilweise gegenseitig. Auf der Grundlage der Informationen zu all diesen Parametern können Sie jedoch ein zukünftiges Gerät selbst modellieren und bei der Auswahl klar verstehen, welches Modell in Ihrem speziellen Fall bevorzugt werden sollte.

Aber solche Spielzeuge können aus alten Festplatten bzw. aus den Komponenten einer Festplatte hergestellt werden. Die Räder bestehen beispielsweise aus einem Spindelmotor einer Festplatte, der eine Achse mit Auslesekopf antreibt.

Grüße, liebe Leser! Für normale Menschen, deren Bewusstsein noch nicht durch die Vertrautheit mit Computertechnologie getrübt ist, kommt beim Wort „Winchester“ als erstes die Assoziation mit dem berühmten Jagdgewehr auf, das in den USA äußerst beliebt ist. Informatiker haben ganz andere Assoziationen – so nennen die meisten von uns eine Festplatte.

In der heutigen Veröffentlichung schauen wir uns an, was Festplattenpufferspeicher ist, wofür er benötigt wird und wie wichtig dieser Parameter für die Ausführung verschiedener Aufgaben ist.

Wie eine Festplatte funktioniert

Bei der Festplatte handelt es sich im Wesentlichen um ein Laufwerk, auf dem alle Benutzerdateien sowie das Betriebssystem selbst gespeichert sind. Theoretisch kann auf dieses Detail verzichtet werden, allerdings muss dann das Betriebssystem von Wechselmedien oder über eine Netzwerkverbindung geladen werden und Arbeitsdokumente müssen auf einem Remote-Server gespeichert werden.

Die Basis der Festplatte ist eine runde Aluminium- oder Glasplatte. Es weist eine ausreichende Steifigkeit auf, weshalb das Teil auch als Festplatte bezeichnet wird. Die Platte ist mit einer Schicht aus ferromagnetischem Material (meist Chromdioxid) überzogen, deren Cluster sich durch Magnetisierung und Entmagnetisierung an Eins oder Null erinnern. Auf einer Achse können mehrere solcher Platten vorhanden sein. Für die Rotation wird ein kleiner Hochgeschwindigkeits-Elektromotor verwendet.

Anders als bei einem Grammophon, bei dem die Nadel die Schallplatte berührt, liegen die Leseköpfe nicht an den Platten an, so dass ein Abstand von mehreren Nanometern verbleibt. Aufgrund des fehlenden mechanischen Kontakts erhöht sich die Lebensdauer eines solchen Gerätes.

Allerdings hält kein Teil ewig: Mit der Zeit verliert der Ferromagnet seine Eigenschaften, was zu einem Verlust an Festplattenspeicher führt, meist zusammen mit Benutzerdateien.

Aus diesem Grund empfiehlt es sich, für wichtige oder wertvolle Daten (z. B. ein Familienfotoarchiv oder die Früchte der Kreativität des Computerbesitzers) eine Sicherungskopie oder noch besser mehrere auf einmal zu erstellen.

Was ist Cache?

Pufferspeicher oder Cache ist eine spezielle Art von RAM, eine Art „Schicht“ zwischen der Magnetplatte und den PC-Komponenten, die die auf der Festplatte gespeicherten Daten verarbeiten. Es ist für ein reibungsloseres Lesen von Informationen und Speichern von Daten konzipiert, auf die der Benutzer oder das Betriebssystem derzeit am häufigsten zugreift.

Welchen Einfluss die Größe des Caches hat: Je größer die Datenmenge, die hineinpasst, desto seltener muss der Computer auf die Festplatte zugreifen. Dementsprechend steigt die Leistung einer solchen Workstation (wie Sie bereits wissen, ist die Magnetplatte einer Festplatte einem RAM-Chip leistungsmäßig deutlich unterlegen) und indirekt auch die Lebensdauer der Festplatte.

Indirekt, weil verschiedene Benutzer die Festplatte auf unterschiedliche Weise nutzen: Beispielsweise verfügt ein Filmliebhaber, der sie in einem Online-Kino über einen Browser ansieht, theoretisch über eine Festplatte, die länger hält als ein Filmfan, der Filme per Torrent herunterlädt und sie ansieht mit einem Videoplayer.

Kannst du erraten warum? Das ist richtig, da die Anzahl der Zyklen zum Überschreiben von Informationen auf der Festplatte begrenzt ist.

So zeigen Sie die Puffergröße an

Bevor Sie die Cachegröße sehen können, müssen Sie das Dienstprogramm HD Tune herunterladen und installieren. Nach dem Start des Programms finden Sie den gewünschten Parameter im Reiter „Informationen“ unten auf der Seite.

Optimale Größen für verschiedene Aufgaben

Es stellt sich die logische Frage: Welcher Pufferspeicher ist für einen Heimcomputer besser und was bringt er praktisch? Natürlich, am liebsten mehr. Allerdings erlegen die Festplattenhersteller selbst dem Nutzer Einschränkungen auf: Beispielsweise kostet eine Festplatte mit 128 MB Pufferspeicher deutlich über dem Durchschnitt.

Dies ist die Cache-Größe, auf die ich mich konzentrieren sollte, wenn Sie einen Gaming-Computer bauen möchten, der in ein paar Jahren nicht veraltet ist. Für einfachere Aufgaben kann man mit einfacheren Eigenschaften auskommen: 64 MB reichen für ein Heim-Mediacenter. Und für einen Computer, der ausschließlich zum Surfen im Internet und zum Ausführen von Office-Anwendungen und einfachen Flash-Spielen genutzt wird, ist ein Pufferspeicher von 32 MB völlig ausreichend.

Als „goldene Mitte“ kann ich die Toshiba P300 1 TB 7200 U/min 64 MB HDWD110UZSVA 3,5 SATA III-Festplatte empfehlen – die Cache-Größe ist hier durchschnittlich, aber die Kapazität der Festplatte selbst reicht für einen Heim-PC völlig aus. Um das Bild zu vervollständigen, empfehle ich Ihnen außerdem, die Veröffentlichungen zu Festplatten und Festplatten zu lesen.

Wenn Sie wissen möchten, was Festplatten-Cache ist und wie er funktioniert, ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie. Sie erfahren, was es ist, welche Funktionen er erfüllt und wie er sich auf den Betrieb des Geräts auswirkt, sowie welche Vor- und Nachteile der Cache hat.

Festplatten-Cache verstehen

Die Festplatte selbst ist ein eher gemächliches Gerät. Im Vergleich zum RAM ist eine Festplatte um mehrere Größenordnungen langsamer. Dies führt auch bei fehlendem Arbeitsspeicher zu einem Leistungsabfall des Rechners, da der Mangel durch die Festplatte ausgeglichen wird.

Der Festplatten-Cache ist also eine Art RAM. Es ist in die Festplatte eingebaut und dient als Puffer zum Auslesen von Informationen und deren anschließender Übertragung an das System und enthält auch die am häufigsten verwendeten Daten.

Schauen wir uns an, warum Festplatten-Cache benötigt wird.

Wie oben erwähnt, erfolgt das Lesen von Informationen von einer Festplatte sehr langsam, da das Bewegen des Kopfes und das Finden des erforderlichen Sektors viel Zeit in Anspruch nimmt.

Es muss klargestellt werden, dass wir mit „langsam“ Millisekunden meinen. Und für moderne Technologien ist eine Millisekunde eine sehr lange Zeit.

Daher speichert er, genau wie der Festplatten-Cache, physisch von der Festplattenoberfläche gelesene Daten und liest und speichert auch Sektoren, die wahrscheinlich später angefordert werden.

Dies reduziert die Anzahl der physischen Zugriffe auf das Laufwerk und erhöht gleichzeitig die Leistung. Die Festplatte kann auch dann funktionieren, wenn der Host-Bus nicht frei ist. Die Übertragungsgeschwindigkeit kann sich bei ähnlichen Anfragen um das Hundertfache erhöhen.

Wie funktioniert der Festplatten-Cache?

Schauen wir uns das genauer an. Sie haben bereits eine ungefähre Vorstellung davon, wofür der Festplatten-Cache gedacht ist. Jetzt wollen wir herausfinden, wie es funktioniert.

Stellen wir uns vor, dass die Festplatte eine Anfrage erhält, 512 KB an Informationen aus einem Block zu lesen. Die notwendigen Informationen werden von der Festplatte entnommen und in den Cache übertragen, aber neben den angeforderten Daten werden auch mehrere benachbarte Blöcke gelesen. Dies wird als Prefetching bezeichnet. Wenn eine neue Anforderung für eine Festplatte eintrifft, prüft der Mikrocontroller des Laufwerks zunächst, ob diese Informationen im Cache vorhanden sind. Wenn er sie findet, überträgt er sie sofort an das System, ohne auf die physische Oberfläche zuzugreifen.

Da der Cache-Speicher begrenzt ist, werden die ältesten Informationsblöcke durch neue ersetzt. Dies ist ein Ringcache oder Ringpuffer.

Methoden zur Erhöhung der Festplattengeschwindigkeit mithilfe von Pufferspeicher

• Adaptive Segmentierung. Der Cache-Speicher besteht aus Segmenten mit gleicher Speichermenge. Da die Größe der angeforderten Informationen nicht immer gleich groß sein kann, werden viele Cache-Segmente irrationalerweise verwendet. Daher begannen die Hersteller, Cache-Speicher mit der Möglichkeit zu entwickeln, die Größe der Segmente und deren Anzahl zu ändern.
• Vorabholen. Der Festplattenprozessor analysiert die zuvor angeforderten und aktuell angeforderten Daten. Basierend auf der Analyse werden Informationen von der physischen Oberfläche übertragen, die zum nächsten Zeitpunkt mit größerer Wahrscheinlichkeit abgefragt werden.
• Nutzerkontrolle. Fortgeschrittenere Festplattenmodelle ermöglichen es dem Benutzer, die im Cache ausgeführten Vorgänge zu steuern. Zum Beispiel: Deaktivieren des Caches, Festlegen der Größe der Segmente, Umschalten der adaptiven Segmentierungsfunktion oder Deaktivieren des Vorabrufs.

Dadurch erhält das Gerät mehr Cache-Speicher

Jetzt erfahren wir, welche Kapazitäten vorhanden sind und was der Cache-Speicher der Festplatte bereitstellt.

Am häufigsten findet man Festplatten mit einer Cache-Größe von 32 und 64 MB. Es waren aber auch noch 8 und 16 MB übrig. Vor kurzem begannen sie nur noch 32 und 64 MB zu produzieren. Ein bedeutender Leistungsdurchbruch erfolgte, als 16 MB anstelle von 8 MB verwendet wurden. Und zwischen Caches von 16 und 32 MB gibt es keinen nennenswerten Unterschied mehr, ebenso zwischen 32 und 64.

Der durchschnittliche Computerbenutzer wird keinen Unterschied in der Leistung von Festplatten mit 32 und 64 MB Cache bemerken. Es ist jedoch zu beachten, dass der Cache-Speicher regelmäßig erheblichen Belastungen ausgesetzt ist. Daher ist es besser, eine Festplatte mit einer höheren Cache-Kapazität zu kaufen, wenn Sie die finanziellen Möglichkeiten dazu haben.

Hauptvorteile des Cache-Speichers

Cache-Speicher hat viele Vorteile. Wir werden nur die wichtigsten betrachten:

Nachteile des Cache-Speichers

1. Die Geschwindigkeit der Festplatte erhöht sich nicht, wenn die Daten zufällig auf die Datenträger geschrieben werden. Dies macht es unmöglich, Informationen vorab abzurufen. Dieses Problem kann teilweise vermieden werden, wenn Sie es regelmäßig defragmentieren.
2. Der Puffer ist nutzlos, wenn Dateien gelesen werden, die größer sind, als in den Cache-Speicher passen. Wenn Sie also auf eine Datei mit einer Größe von 100 MB zugreifen, ist ein 64-MB-Cache nutzlos.

Weitere Informationen

Sie kennen nun die Festplatte und wissen, welche Auswirkungen sie hat. Was müssen Sie sonst noch wissen? Derzeit gibt es einen neuen Laufwerkstyp – SSD (Solid State). Anstelle von Festplatten verwenden sie synchronen Speicher, ähnlich wie Flash-Laufwerke. Solche Laufwerke sind zehnmal schneller als herkömmliche Festplatten, daher ist ein Cache nutzlos. Doch solche Antriebe haben auch ihre Nachteile. Erstens steigt der Preis solcher Geräte proportional zum Volumen. Zweitens haben sie eine begrenzte Zykluszeit zum Neuschreiben von Speicherzellen.

Es gibt auch Hybridlaufwerke: ein Solid-State-Laufwerk mit einer normalen Festplatte. Der Vorteil liegt im Verhältnis von hoher Arbeitsgeschwindigkeit und großer Menge gespeicherter Informationen zu relativ geringen Kosten.