Grundlagen zu Datenträgern

Veröffentlicht am von otmanix

Datenträgertypen

Festplatten (magnetisch)

Festplattenlaufwerke, auch Festplatten oder hard disk drive (HDD) genannt, sind Datenträger, bei denen die Daten auf der Oberfläche einer rotierenden Scheibe (Platter) gespeichert werden. Die Daten werden über einen Schreib-/Lese-Kopf magnetisch übertragen. Die Spindel, auf der die Scheiben montiert sind, dreht mit ca. 5000-7000 Umdrehungen/min. Festplatten gibt es aktuell in den Größen 3,5“ (PC) und 2,5“ (Notebook), die Kapazitäten reichen bis über 10TB.

Die Performance bei sequentiellen Zugriffen ist deutlich besser als bei random Zugriffen, da der Kopf weniger justiert und kein Durchlauf der Scheibe abgewartet werden muß. Aktuell sind Festplatten die am häufigsten eingesetzten Standard-Datenträger für PCs und Notebooks, werden aber langsam durch Flash-Speicher verdrängt. Bei großen Kapazitäten besteht noch ein erheblicher Preisvorteil für Festplatten.

Festplatten sind aufwendig mechanisch aufgebaut und empfindlich bei Erschütterungen. Festplatten verwenden den SATA bzw. mSATA-Anschluß. Für den Einbau in Netzwerkspeichersystemen (NAS) werden Festplatten empfohlen, die für Dauerbetrieb ausgelegt sind (WD red, Seagate Ironwolf). Die Lebensdauer wird durch mechanischen Verschleiß begrenzt, selten durch Ausfall der Steuerelektronik. Mittels S.M.A.R.T. Überwachung und Beachten ungewöhnlicher Geräusche der HDD kann ein bevorstehender Ausfall einer Festplatte festgestellt und entsprechend reagiert werden.

Flash / SSD (Halbleiter)

Flash-EEPROM ist ein Halbleiter-basierender Speicher, der den Speicherinhalt beim Entfernen der Spannungsversorgung behält. Solid State Drives (SSD), auch Solid State Disks genannt, verwenden heute Flash-EEPROM als Speicher. SSDs haben im Vergleich zu Festplatten keine beweglichen Teile, sind energiesparend, weniger temperaturempfindlich und deutlich schneller, zumindest bei random Zugriffen. Die Performance ist abhängig vom integrierten Controller sowie Anzahl und Typ verbauter Flash-Speicherzellen, aber auch der verwendeten Schnittstelle (SATA/AHCI vs. M.2/NVMe). Die Lebensdauer wird durch die maximale Anzahl an Schreibvorgängen für die Flash-Zellen limitiert. Wenn sich Zellen nicht mehr löschen lassen müssen sie vom Controller durch Reservezellen ersetzt werden. Mittels Wear-Leveling wird die gleichmäßige Nutzung der Zellen und Lebensdauer optimiert. Durch S.M.A.R.T. Überwachung kann ein bevorstehender Ausfall eines Flash-Speichers festgestellt und entsprechend reagiert werden. Flash-EEPROMs befinden sich heute in vielen Bauformen mit verschiedenen Anschlüssen und Protokollen. Kleine mögliche Bauformen und Modelle mit hoher Performance zeichnen Flash-Speicher aus.

optische Laufwerke CD, DVD, Bluray

CD, DVD und Bluray sind Medien, die via optische Abtastung (Laser) in einem Laufwerk gelesen werden können. Brenner sind Laufwerke, die auf speziellen Medien (Rohling) mittels Brennsoftware und Laser Daten speichern können.

CDDVDDVD (DL)BDBD (DL)BD (BDXL)
0,7GB4,7GB8,5GB25GB50GB100GB

Optische Datenspeicher spielen bei PCs/Notebooks heute nur noch eine geringe Rolle und wurden weitestgehend von Flash-Speicher verdrängt.

Anschlüsse

SATA

Serial ATA (SATA, S-ATA), auch Serial AT attachment, ist eine Schnittstelle zum Anschluß von Festplatten und anderen Speichergeräten.

Aktuelle PCs/Notebooks haben i.d.R. einen SATA 6Gb/s Anschluß verbaut. Für daran angeschlossene Flash-Speicher kann diese Bandbreite einen Flaschenhals darstellen.

Bezeichnung offiziellBezeichnung inoffiziell
SATA 1,5Gb/sSATA I, SATA-150
SATA 3Gb/s, SATA rev. 2.xSATA II, SATA-300
SATA 6Gb/s, SATA rev. 3.x SATA III, SATA-600
SATA Express 8Gb/s, PCIe 3.x, SATA rev. 3.2
SATA Express 16Gb/s, PCIe 4.0, SATA rev. 3.2

mSATA

Mini-SATA (mSATA) ist eine platzsparende Variante von SATA und wurde i.d.R. für Flash-Speicher in Notebooks verwendet. M.2 hat mSATA verdrängt.

M.2

M.2 wurde zur Ablösung von mSATA entwickelt um noch kompaktere Bauformen für Flash-Speicher zu ermöglichen, z.B. in Ultrabooks und Tablets. Über M.2 kann sowohl SATA 6GB/s, USB 3.0 als auch PCIe genutzt werden. Es stehen 4 PCIe Lanes zur Verfügung. Flash-Speicher mit M.2-Anschluß wird vermutlich bald die Standardausstattung in PCs/Notebooks sein.

PCIe

PCI express (PCIe) ist ein Standard zum Verbinden von Peripheriekomponenten an den Chipsatz der CPU.

Anzahl PCIe-LanesPCIe 1.0/1.1 PCIe 2.0/2.1 PCIe 3.0/3.1 PCIe 4.0 PCIe 5.0 PCIe 6.0
10,25GB/s 0,5GB/s 0,99GB/s 2GB/s 4GB/s 7,53GB/s
164GB/s 8GB/s 15,75GB/s 31,5GB/s 63GB/s 120,47GB/s

USB

Der Universal Serial Bus wird zum Verbinden des Computers mit externen Geräten verwendet. Bei USB gibt es zahlreiche Stecker/Buchsen.

USB 1.0 lowUSB 1.0 highUSB 2.0 fullUSB 3.0 (3.1 gen1) superUSB 3.1 (3.1 gen2) super+USB 3.2 (3.2 gen2x2)
0,15MB/s1MB/s 40MB/s 300MB/s 900MB/s 1800MB/s

SD-card

Die Secure Digital Card (SD-card) ein Speichermedium, das Flash-Speicher verwendet. Es gibt sie in der Größe Standard, Mini und Micro. Die Karte wird oft in Mobilgeräten wie Smartphones, Tablets und Digitalkameras verwendet, aber auch in Kleincomputern wie dem Raspberry PI. Viele PCs/Notebooks haben ab Werk passende Anschlüsse.

AHCI vs. NVMe

Advanced Host Controller Interface (AHCI) ist eine Software-Schnittstelle für Serial ATA Controller um einen einheitlichen im Betriebssystem vorhandenen Treiber zu nutzen. AHCI unterstützt Native Command Queueing (NCQ) für SATA-Festplatten und TRIM für SSDs.

NVM Express (NVMe) ist eine Software-Schnittstelle um nicht flüchtigen Massenspeicher (non volatile memory) ohne zusätzliche Treiber an den PCI Express anzubinden. NVMe unterstützt u.a. Flash-Speicher auf PCIe-Karten und an M.2-Anschlüssen. NVMe benötigt UEFI (kein UEFI+CSM/legacy bzw. BIOS möglich).

Bei Neubeschaffungen von Flash-Speichern spricht vieles für NVMe (via PCIe/M.2) statt AHCI (SATA). Dazu gibt es einen direkten Vergleich. Da NVMe UEFI benötigt sollte man sich auch mit diesem Thema auseinandersetzen.

Bild: By Ilya Plekhanov – Own work, CC BY-SA 4.0, Link

Kommentar verfassen

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.

Veröffentlicht von otmanix