ARBEITSSPEICHER
Was Arbeitsspeicher sind und was sie können
Der Arbeitsspeicher ist ein integraler Bestandteil jedes Computers. Er dient dem Zwischenspeichern von Daten, welche von Programmen dort abgelegt werden, um sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufzurufen. Der große Unterschied zwischen dem Arbeitsspeicher und der Festplatte eines Computers ist hierbei die Geschwindigkeit. Der Arbeitsspeicher ist in der Lage, beträchtlich schneller zu arbeiten als jede Festplatte. Das Schreiben und Lesen von Daten geht mithilfe des Arbeitsspeichers also erheblich schneller und ermöglicht erst die Verwendung heutiger moderner Software.
Viele der aktuellen Programme verfügen über beträchtliche Datenmengen, die im Arbeitsspeicher abgelegt werden und auf die in unregelmäßigen Abständen zugegriffen werden muss. Würden diese Daten bei Bedarf von der Festplatte des Computers ausgelesen, könnten hierbei nicht annähernd die Geschwindigkeiten erreicht werden, die nötig wären, um mit der Software in angemessener Form zu arbeiten. Abhängig vom verwendeten Programm müsste der Benutzer also entweder ständige Pausen der Software in Kauf nehmen, die zum Nachladen der Daten von der Festplatte benötigt werden oder die verwendete Software wäre gar nicht erst lauffähig, weil die Anzahl an Datenzugriffen zu groß ist und die Festplatte mit dieser Arbeit völlig überfordert wäre.
Der Arbeitsspeicher erfüllt nun eine Pufferfunktion zwischen Festplatte und Prozessor. Die Daten der entsprechenden Software werden beim Start einfach in den Arbeitsspeicher geschrieben, so dass der Computer bei Bedarf sehr schnell und ohne lange Verzögerungen darauf zugreifen kann. Sollte der Bedarf an Arbeitsspeicher den vorhandenen Speicher überschreiten, wird das Zuviel an Daten allerdings doch auf der Festplatte gespeichert. Dies macht sich dann dadurch bemerkbar, dass die verwendete Software extrem langsam läuft oder lange Pausen zum Nachladen benötigt werden.
Bei modernen CPU's und Betriebssystemen gibt es zudem die Möglichkeit, den vorhandenen Arbeitsspeicher zu erweitern, indem Festplattenspeicher und Arbeitsspeicher kombiniert werden. Dies nennt sich Swapspeicher. Hierzu wird ein virtueller Speicherraum verwendet, der physischen Arbeitsspeicher und virtuellen Speicher vereint. Der Speicher wird nun in einzelne Speicherseiten eingeteilt, die jeweils entweder im physischen Arbeitsspeicher oder im virtuellen Speicher untergebracht werden. Welche Daten wo gespeichert werden richtet sich nach der Häufigkeit der Zugriffe auf diese Informationen. Werden Daten häufig verwendet, werden sie im schnelleren Arbeitsspeicher gespeichert - während Daten auf die nur selten zugegriffen wird, auf dem langsamen Festplattenspeicher aufbewahrt werden. Auf diese Art lässt sich der vorhandene Arbeitsspeicher sehr kostengünstig erweitern, allerdings hat dieses Vorgehen auch deutliche Einbußen bei der Performance zur Folge.
Der Arbeitsspeicher ist übrigens nur so lange gefüllt, wie der Computer zb. per mobiles Internet mit dem O2 Surfstick im Betrieb ist. Beim Ausschalten des Rechners werden sämtliche Daten im Arbeitsspeicher wieder gelöscht und bei einem Neustart erneut hinein kopiert.
Es existieren verschiedene Bauformen von Arbeitsspeicher. Im Bereich der Computer sind dies derzeit DIMM's. Diese existieren wiederum in verschiedenen Ausführungen, nämlich als SD-, DDR-, DDR2-, und DDR3-Arbeitsspeicher. Der DDR3-Arbeitsspeicher ist zurzeit der modernste und schnellste erhältliche Arbeitsspeicher für PCs. Vor der Einführung der DIMM's waren SIMM's die verwendete Bauform für Arbeitsspeicher. Diese waren z.B. als FPM- und EDO-RAM verfügbar, spielen allerdings in der heutigen Zeit keine Rolle mehr als Arbeitsspeicher.
Als Zwischenglied zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher dient bei modernen Computern ein zusätzlicher Cache-RAM. Dieser hat die Aufgabe, die Leistung beim Zugriff auf häufig verwendete Daten nochmals stark zu steigern. Der Cache ist in der Regel nur wenige Kilo- oder Megabyte groß, aber führt durch die Speicherung integraler Datensätze zu einer starken Beschleunigung der Abläufe. Sehr kleine Programme können mitunter sogar vollständig im Cache laufen, ohne dass Zugriffe auf den Arbeitsspeicher nötig sind. Der Cache ist als sogenannter Assoziativspeicher ausgelegt. Bei einer Datenanfrage der CPU prüft der Cache, ob die benötigten Daten bereits vorliegen, oder aus dem Arbeitsspeicher abgefragt werden müssen. Sollte dies nötig sein, werden für die neuen Daten einige der alten Informationen im Cache wieder verworfen um den benötigten Platz frei zu machen. Der Cache wird hierbei immer mit größeren Dateneinheiten aus dem Arbeitsspeicher auf einmal versorgt, da es wahrscheinlich ist, dass die Daten unmittelbar vor oder hinter dem nachgefragten Fragment kurze Zeit später ebenfalls benötigt werden. Auf diese Art wird noch einmal zusätzlich Zeit eingespart, wodurch die Effizienz der Leseprozesse im Arbeitsspeicher weiter ansteigt.
Die heute aktuellen DDR-RAM-Module sind sogenannter Double Data Rate Arbeitsspeicher. Dieser Begriff bezieht sich auf eine Verdoppelung der Taktrate gegenüber dem Vorgängermodell SD-RAM. Beim DDR-Arbeitsspeicher werden sowohl bei aufsteigender als auch bei abfallender Flanke eines Taktzyklus Daten gelesen. Hierdurch ist eine massive Beschleunigung der Lesevorgänge möglich und sämtliche Arbeitsprozesse werden enorm beschleunigt. Der Schluss, dass eine Verdoppelung der Lesegeschwindigkeit des Arbeitsspeichers auch zu einer Verdoppelung der Rechnergeschwindigkeit führt, ist allerdings falsch.
Darüber hinaus existieren derzeit noch sogenannter DDR2- und DDR3-Arbeitsspeicher, die noch einmal höhere Geschwindigkeiten erlauben. Der Grund hierfür ist eine Verdoppelung des Prefetch von 2 auf 4 bzw. auf 8. Bei klassischem DDR-Arbeitsspeicher wurden pro Lesevorgang mindestens 2 aufeinanderfolgende Adressen gelesen, beim DDR2-Arbeitsspeicher sind es schon 4 und beim DDR3-Arbeitsspeicher sogar 8 Adressen. Zudem existieren beim DDR-Arbeitsspeicher noch verschiedene Ausführungen mit jeweils unterschiedlichem Puffer-Takt. So gibt es mittlerweile eine große Anzahl verschiedener Varianten des DDR-Arbeitsspeichers mit jeweils unterschiedlichen Taktraten. Diese werden bei der Kennzeichnung des Speichers in der Regel hinter der Bezeichnung der Speicherart angegeben. So existiert z.B. DDR200-, DDR266 und DDR400-Speicher, wobei die angegebenen Werte jeweils der Taktung des Arbeitsspeichers in MHz entsprechen.
Ein weiterer wichtiger Wert beim Kauf von Arbeitsspeicher ist die CAS-Latency oder auch Latenzzeit. Dieser Wert gibt die Verzögerung bei der Datenübertragung des Arbeitsspeichers wieder, wobei die Zahl die jeweils benötigten Taktzyklen angibt. Je niedriger der Wert, desto schneller ist der Arbeitsspeicher. Bei den derzeitigen Arbeitsspeichern sind Werte zwischen 2 und 5 üblich.
Die effektive Performance des Arbeitsspeichers ergibt sich jedoch immer aus der Latenzzeit und der Taktrate des Arbeitsspeichers in Kombination. Dies ist auch der Grund, warum ein DDR3-Arbeitsspeicher immer schneller ist als herkömmlicher DDR-Arbeitsspeicher, obwohl die Latenzzeit beim DDR3-Modul beispielsweise bei 5 und beim DDR-Modul bei 2 liegt. Die Leistungsfähigkeit des Arbeitsspeichers wird folglich immer als absolute Latenz gemessen, die sich aus der CAS-Latency und der Taktrate ergibt. Dieser Zusammenhang sollte beim Kauf immer bedacht werden, da sich noch immer der Mythos hält, dass beim Arbeitsspeicher primär die CAS-Latency über die Performance bestimmt, während die Taktung nur eine untergeordnete Rolle spiel.
Bei der Herstellung des Arbeitsspeichers findet übrigens eine sehr strenge Auswahl statt und nur die leistungsfähigsten Chips werden in der Produktion der Speichermodule verwendet, um eine gleichbleibend hohe Qualität des Arbeitsspeichers sicherstellen zu können.