Arbeitsspeicher / Hauptspeicher
Der Arbeitsspeicher oder Hauptspeicher ist ein wichtiger Teil eines Computers und ein wesentlicher Faktor für die Leistungsfähigkeit eines Computersystems, wenn es um die Verarbeitung von großen Datenmengen geht. Hier spielt die Lese- und Schreibgeschwindigkeit und auch die Speicherkapazität ein große Rolle.
Da der interne Speicher des Hauptprozessors (CPU) in der Regel zu klein und der Zugriff auf den Datenspeicher (z. B. Festplatte oder SSD) zu langsam ist, dient der Arbeitsspeicher als Zwischenspeicher für Daten und Programmcode.
Manchmal wird für den Arbeitsspeicher die Abkürzung RAM verwendet. Das ist eigentlich die Abkürzung für Random Access Memory. RAM zeichnet sich durch den wahlfreien Zugriff, sowohl lesend, als auch schreibend, aus. In einem Computer werden typischerweise DRAM- bzw. SDRAM-Typen verwendet.
Virtueller Arbeitsspeicher
Prinzipiell ist der physikalische Arbeitsspeicher auf die Größe des eingebauten Arbeitsspeichers begrenzt. Doch Computersysteme mit Datenspeicher oder Massenspeicher können ihren Arbeitsspeicher virtuell vergrößern. Dazu bekommen die Anwendungen vom Betriebssystem nicht den physischen Speicher, sondern nur einen eigenen virtuellen Adressraum zugewiesen. Wenn alle laufenden Anwendungen mehr Arbeitsspeicher brauchen, als tatsächlich vorhanden ist, lagert das Betriebssystem die Daten auf ein Festplatte oder SSD aus. Das bedeutet aber auch, dass das Gesamtsystem langsamer wird. Denn Zugriffe auf den virtuellen Arbeitsspeicher auf einer Festplatte oder SSD benötigen mehr Zeit, als Zugriffe auf den tatsächlich physikalisch vorhandenen Arbeitsspeicher.
Der virtuelle Arbeitsspeicher wird je nach Betriebssystem als Auslagerungsdatei, SWAP-Datei oder SWAP-Partition bezeichnet.
Speichermodule / Speicherriegel
Um Computer flexibel mit Arbeitsspeicher auszustatten, wird der Arbeitsspeicher nicht fest in einen Computer eingebaut, sondern auf Speichermodule ausgelagert. Das sind kleine steckbare Platinen, auf denen die Speicherchips gelötet sind. Man bezeichnet diese Bauform als Speichermodul. Diese Speichermodule werden in die dafür vorgesehenen Steckplätze auf dem Motherboard gesteckt. Da nicht alle Speichermodule identisch sind, sondern für verschiedene Anwendungen optimiert und von verschiedenen Hersteller gefertigt werden, muss der Speichercontroller mit unterschiedlichen Bausteinen zurechtkommen. Damit das gelingt werden die Speichermodule und die Speicherorganisation von der JEDEC standardisiert.
Speicher-Controller
Der Speicher-Controller bindet die Speichermodule des Arbeitsspeichers in ein Computersystem ein. Die Speichermodule haben keine eigene Logik. Es sind nur Platinen mit Speicherchips drauf. Den Zugriff auf den Speicher koordiniert deshalb der Speicher-Controller. Der Speicher-Controller ist das Bindeglied zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher oder zwischen Chipsatz und Arbeitsspeicher. Die genaue Anbindung hängt von der Systemarchitektur ab.
Speicher-Controller binden die Speichermodule in einem oder mehreren Speicherkanälen an. Die Speicherkanäle sind mit einem oder mehreren Speichermodulen bestückt. Der Speicher-Controller liest zu Beginn des Bootvorgangs die zulässigen Betriebsparameter vom Speichermodul aus und nimmt diese dann in Betrieb. Anschließend verfügt das System über Arbeitsspeicher.
In der Anfangszeit war der Speicher-Controller im Chipsatz integriert. Daten und Programmcode musste deshalb immer den Umweg über den Chipsatz machen. Mit zunehmender Taktfrequenz und Integrationsdichte wurden Prozessoren bei der Datenverarbeitung immer schneller. Deshalb musste die Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers im Laufe der Zeit immer wieder angehoben werden.
Kann der Prozessor die Daten aus dem Arbeitsspeicher nicht schnell genug lesen, dann sinkt die effektive Rechenleistung des Prozessors. Deshalb sind die Prozessor-Hersteller diejenigen, die an der Beschleunigung des Arbeitsspeichers am meisten interessiert sind. Schließlich wollen sie, dass ihre Prozessoren ihre Leistungsfähigkeit optimal ausreizen können.
Doch nicht nur an der Beschleunigung des Arbeitsspeichers, sondern auch an der Beschleunigung der Verbindung zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher sind die Prozessor-Hersteller interessiert. Deshalb bauen die Prozessor-Hersteller den Speicher-Controller gleich in den Prozessor mit ein, um den Arbeitsspeicher auf möglichst kurzem und schnellem Wege an den Prozessor anzubinden.
Der im Prozessor eingebaute Speicher-Controller hat positive Auswirkungen auf das Gesamtsystem. Zum Einen, verkürzt die direkte Anbindung des Speichers an den Prozessor die Latenzzeit bei den Zugriffen. Das bedeutet auch, dass der Prozessor insgesamt mit kleineren Caches auskommt. Außerdem ist der Datenverkehr zwischen CPU, Speicher und Peripherie entkoppelt. Der Datentransfer der Peripherie kann jetzt dem Datenverkehr zum Speicher nicht mehr in die Quere kommen.
Mit jeder neuen Prozessor-Generation wächst die Zahl der Prozessorkerne. Und verbesserte Prozessor-Architekturen erhöhen die Anforderungen an die Datentransferleistung des Arbeitsspeichers. Der Prozessor hat neben mehr Kernen auch immer mehr und immer breitere Speicherkanäle, mit denen er die Speichermodule anbindet.
Übersicht: Halbleiterspeicher
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Übersicht: Speichermodule für Arbeitsspeicher
- DIMM - Dual Inline Memory Module
- CUDIMM - Clocked Unbuffered Dual Inline Memory Module
- R-DIMM und FB-DIMM
Weitere verwandte Themen:
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